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Matematica9 min

Limiti notevoli: quali servono davvero e come riconoscerli

by Andrea

I limiti notevoli che servono davvero alla Maturità sono sei: sinxx\frac{\sin x}{x}, 1cosxx2\frac{1-\cos x}{x^2}, ln(1+x)x\frac{\ln(1+x)}{x}, ex1x\frac{e^x-1}{x}, ax1x\frac{a^x-1}{x} e (1+1x)x\left(1+\frac{1}{x}\right)^x. Tutti gli altri si ricavano da questi con una sostituzione. La difficoltà vera non è impararli a memoria, ma riconoscerli quando la traccia li camuffa — ed è esattamente quello che vediamo fare fatica ai nostri studenti ogni anno tra aprile e giugno.

Questo articolo va in profondità solo sui limiti notevoli. Se ti serve un ripasso generale su definizioni, forme indeterminate e tecniche di risoluzione, parti dalla nostra guida completa ai limiti per la Maturità e poi torna qui.

Quali limiti notevoli servono davvero alla Maturità?

Sei formule coprono la quasi totalità dei casi che compaiono nei quesiti e nei problemi della seconda prova del liceo scientifico. Eccole, tutte con la loro forma indeterminata di partenza:

limx0sinxx=1[00]\lim_{x \to 0} \frac{\sin x}{x} = 1 \qquad \left[\tfrac{0}{0}\right]
limx01cosxx2=12[00]\lim_{x \to 0} \frac{1 - \cos x}{x^2} = \frac{1}{2} \qquad \left[\tfrac{0}{0}\right]
limx0ln(1+x)x=1[00]\lim_{x \to 0} \frac{\ln(1+x)}{x} = 1 \qquad \left[\tfrac{0}{0}\right]
limx0ex1x=1[00]\lim_{x \to 0} \frac{e^x - 1}{x} = 1 \qquad \left[\tfrac{0}{0}\right]
limx0ax1x=lna[00]\lim_{x \to 0} \frac{a^x - 1}{x} = \ln a \qquad \left[\tfrac{0}{0}\right]
limx±(1+1x)x=e[1]\lim_{x \to \pm\infty} \left(1 + \frac{1}{x}\right)^x = e \qquad \left[1^\infty\right]

Tutti i "cugini" che trovi sui formulari — tanxx1\frac{\tan x}{x} \to 1, arcsinxx1\frac{\arcsin x}{x} \to 1, (1+x)k1xk\frac{(1+x)^k - 1}{x} \to k — derivano da questi sei con un passaggio algebrico. Impararli come varianti, non come formule nuove, dimezza il carico di memoria e riduce gli scambi sotto pressione.

Dove compaiono all'esame? Quasi sempre nei quesiti a risposta singola ("calcola il limite...") e, in forma nascosta, nello studio di funzione: il comportamento di f(x)=sin2xxf(x) = \frac{\sin 2x}{x} vicino all'origine, per esempio, è un limite notevole travestito da grafico.

Come si riconosce un limite notevole camuffato?

La regola d'oro è una sola: l'argomento deve essere lo stesso "sopra e sotto". Il limite notevole non è sinxx1\frac{\sin x}{x} \to 1, è sin(qualcosa)qualcosa1\frac{\sin(\text{qualcosa})}{\text{qualcosa}} \to 1, purché quel qualcosa tenda a zero. Il lavoro dell'esercizio è quasi sempre ricostruire quella simmetria.

Il metodo che insegniamo a lezione ha tre passi:

  1. Sostituzione diretta. Prima di tutto verifica che ci sia davvero una forma indeterminata. Se sostituendo ottieni un numero, hai finito: niente limiti notevoli.
  2. Individua la "spia". Un sin\sin, un cos\cos, un e()1e^{(\cdot)} - 1, un ln(1+)\ln(1 + \cdot), una base che tende a 1 con esponente che esplode: ognuno di questi punta a un notevole preciso (tabella sotto).
  3. Bilancia l'argomento. Moltiplica e dividi per quello che manca, in modo che sotto (o all'esponente) compaia esattamente l'argomento della funzione. È qui che si vincono o si perdono i punti.

In alternativa al bilanciamento funziona sempre la sostituzione t=argomentot = \text{argomento}: se hai sin5x\sin 5x poni t=5xt = 5x, riscrivi tutto in tt e il notevole appare da solo. Più lenta, ma a prova di errore: la consigliamo a chi nei passaggi a mente tende a perdere pezzi.

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Tabella decisionale: dalla forma indeterminata al limite notevole

Questa è la tabella che facciamo costruire (e riscrivere a memoria) ai nostri studenti prima della seconda prova. Colonna uno: cosa ottieni dalla sostituzione diretta. Colonna due: il segnale nel testo. Colonna tre: lo strumento da usare.

Forma indeterminataSegnale nell'esercizioLimite notevole da usareTrucco di riconoscimento
00\frac{0}{0}, x0x \to 0sin()\sin(\cdot), tan()\tan(\cdot), arcsin()\arcsin(\cdot)sintt1\frac{\sin t}{t} \to 1Bilancia finché sotto c'è lo stesso argomento del seno
00\frac{0}{0}, x0x \to 01cos()1 - \cos(\cdot)1costt212\frac{1-\cos t}{t^2} \to \frac{1}{2}Serve il quadrato dell'argomento al denominatore
00\frac{0}{0}, x0x \to 0e()1e^{(\cdot)} - 1 oppure a()1a^{(\cdot)} - 1et1t1\frac{e^t - 1}{t} \to 1, at1tlna\frac{a^t - 1}{t} \to \ln aL'esponenziale deve avere quel 1-1 esplicito: se non c'è, raccogli per farlo comparire
00\frac{0}{0}, x0x \to 0ln(1+)\ln(1 + \cdot)ln(1+t)t1\frac{\ln(1+t)}{t} \to 1Se hai ln(qualcosa)\ln(\text{qualcosa}) con qualcosa 1\to 1, riscrivi come ln(1+(qualcosa1))\ln(1 + (\text{qualcosa} - 1))
11^{\infty}Base 1\to 1, esponente \to \infty(1+1t)te\left(1 + \frac{1}{t}\right)^t \to eRiscrivi la base come 1+1()1 + \frac{1}{(\cdot)} e aggiusta l'esponente
\frac{\infty}{\infty} con log o explnx\ln x contro potenze, potenze contro exe^xGerarchia degli infiniti: lnxxkex\ln x \ll x^k \ll e^xVince sempre il più "veloce": il rapporto tende a 00 o a \infty di conseguenza
00 \cdot \inftyProdotto tra un fattore 0\to 0 e uno \to \inftyNessuno, direttamenteTrasforma in frazione e ricadi in una delle righe sopra

Un consiglio pratico: durante gli esercizi, prima di scrivere qualsiasi passaggio, annota a margine la forma indeterminata tra parentesi quadre, come [00]\left[\tfrac{0}{0}\right]. Chi salta questo passaggio tende ad applicare i notevoli anche dove non servono — e lì l'errore non è di calcolo, è concettuale, e in sede d'esame pesa di più.

Tre esempi svolti, con i numeri

Bilanciare l'argomento del seno

limx0sin5x3x[00]\lim_{x \to 0} \frac{\sin 5x}{3x} \quad \left[\tfrac{0}{0}\right]

L'argomento del seno è 5x5x, ma sotto c'è 3x3x: bilanciamo moltiplicando e dividendo per 55.

limx0sin5x5x5x3x=153=53\lim_{x \to 0} \frac{\sin 5x}{5x} \cdot \frac{5x}{3x} = 1 \cdot \frac{5}{3} = \frac{5}{3}

L'errore classico qui è rispondere 11 "perché c'è seno su x". Il notevole vale 11 solo quando gli argomenti coincidono: qui il risultato è 531,67\frac{5}{3} \approx 1{,}67.

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Due notevoli nello stesso limite

limx0e2x1sin3x[00]\lim_{x \to 0} \frac{e^{2x} - 1}{\sin 3x} \quad \left[\tfrac{0}{0}\right]

Spie: e()1e^{(\cdot)} - 1 sopra, sin()\sin(\cdot) sotto. Bilanciamo entrambi gli argomenti:

limx0e2x12x3xsin3x2x3x=1123=23\lim_{x \to 0} \frac{e^{2x} - 1}{2x} \cdot \frac{3x}{\sin 3x} \cdot \frac{2x}{3x} = 1 \cdot 1 \cdot \frac{2}{3} = \frac{2}{3}

Nota il meccanismo: ogni notevole "mangia" il proprio argomento e lascia sul tavolo solo il rapporto dei coefficienti, 23\frac{2}{3}.

La forma 11^\infty

limx+(1+3x)2x[1]\lim_{x \to +\infty} \left(1 + \frac{3}{x}\right)^{2x} \quad \left[1^\infty\right]

Riscriviamo la base nella forma 1+1()1 + \frac{1}{(\cdot)}: qui 3x=1x/3\frac{3}{x} = \frac{1}{x/3}, quindi l'esponente "giusto" sarebbe x3\frac{x}{3}. Aggiustiamo:

limx+[(1+1x/3)x/3]6=e6\lim_{x \to +\infty} \left[\left(1 + \frac{1}{x/3}\right)^{x/3}\right]^{6} = e^6

perché 2x=x362x = \frac{x}{3} \cdot 6. Il risultato è e6403,4e^6 \approx 403{,}4: se ti viene e2e^2 o e3e^3, hai aggiustato la base ma non l'esponente.

Gli errori che vediamo più spesso a lezione

Correggendo simulazioni di seconda prova nelle settimane prima dell'esame, gli stessi quattro errori tornano con una regolarità impressionante:

  1. Usare sinxx1\frac{\sin x}{x} \to 1 con xx \to \infty. Il notevole vale solo per x0x \to 0. Per x+x \to +\infty, sinx\sin x resta limitato tra 1-1 e 11 mentre il denominatore esplode: il limite è 00 per confronto. È l'errore concettuale che i commissari perdonano meno, perché mostra che la formula è stata memorizzata senza capirla.
  2. Dimenticare il quadrato nel coseno. 1cosxx212\frac{1-\cos x}{x^2} \to \frac{1}{2}, ma 1cosxx0\frac{1-\cos x}{x} \to 0. Sono limiti diversi con risultati diversi, e scambiare i due denominatori è probabilmente lo sbaglio più frequente che vediamo in assoluto su questo argomento.
  3. Applicare un notevole senza forma indeterminata. limxπsinxx\lim_{x \to \pi} \frac{\sin x}{x} non è un notevole: la sostituzione diretta dà subito 0π=0\frac{0}{\pi} = 0. Chi parte in automatico con "seno su x fa uno" scrive 11 e perde il quesito intero.
  4. Bilanciare l'argomento a metà. Nel limite sin5x3x\frac{\sin 5x}{3x}, moltiplicare per 55 solo il denominatore (senza compensare) cambia il valore del limite. Ogni fattore inserito va sempre inserito anche al reciproco: moltiplico e divido, mai solo una delle due cose.

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Limiti notevoli o de l'Hôpital?

Se il programma della tua classe include de l'Hôpital, tecnicamente molti di questi limiti si risolvono anche derivando. Due ragioni per preferire comunque i notevoli. Primo: la velocità — sin5x3x\frac{\sin 5x}{3x} con il bilanciamento si chiude in una riga. Secondo, più sottile: usare de l'Hôpital su sinxx\frac{\sin x}{x} è un ragionamento circolare, perché la derivata di sinx\sin x si dimostra proprio a partire da quel limite. Un commissario attento può contestarlo, e a un orale la domanda "perché puoi derivare qui?" è un classico.

La strategia che suggeriamo: notevoli come prima scelta sulle forme 00\frac{0}{0} con seni, esponenziali e logaritmi in x0x \to 0; de l'Hôpital come riserva per i casi misti dove il bilanciamento diventa macchinoso.

Come prepararsi da qui all'esame

I limiti notevoli si fissano con la ripetizione distribuita, non con la full immersion: nei nostri percorsi funziona bene dedicare 10 minuti a inizio lezione a 3-4 limiti "camuffati" pescati a caso, per settimane, finché il riconoscimento diventa automatico. E non spariscono dopo la Maturità: te li ritroverai identici ad Analisi 1 al primo anno di università, quindi il tempo investito ora vale doppio — se stai già pensando ai test d'ingresso, dai un'occhiata ai nostri percorsi di preparazione.

Se invece su limiti e studio di funzione senti di avere lacune più ampie, un tutor dedicato può costruirti un piano mirato sulle settimane che mancano all'esame: parlaci della tua situazione e prenota la tua prima lezione.

FAQ

Quanti limiti notevoli bisogna sapere per la Maturità?

Sei formule fondamentali: seno, coseno, logaritmo, esponenziale in base ee, esponenziale in base aa e il limite che definisce ee. Le varianti con tangente, arcoseno e potenze si ricavano da queste con un passaggio algebrico, quindi conviene impararle come derivazioni e non come formule autonome.

I limiti notevoli valgono anche per x che tende a infinito?

No, quasi tutti valgono solo per l'argomento che tende a zero. L'eccezione è (1+1x)xe\left(1+\frac{1}{x}\right)^x \to e, che vale per x±x \to \pm\infty. Applicare sinxx1\frac{\sin x}{x} \to 1 con x+x \to +\infty è un errore concettuale: lì il limite vale 00, perché il seno resta limitato mentre il denominatore cresce.

Posso usare de l'Hôpital al posto dei limiti notevoli?

Sì, quando il limite è nella forma 00\frac{0}{0} o \frac{\infty}{\infty} e le funzioni sono derivabili, ma su sinxx\frac{\sin x}{x} il ragionamento è circolare, perché la derivata del seno si dimostra proprio con quel limite. I notevoli sono inoltre più rapidi nei casi standard: de l'Hôpital conviene tenerlo come riserva.

Come capisco quale limite notevole usare?

Parti dalla forma indeterminata e cerca la "spia" nel testo: un seno o una tangente puntano a sintt\frac{\sin t}{t}, un e()1e^{(\cdot)}-1 al notevole esponenziale, un ln(1+)\ln(1+\cdot) a quello logaritmico, una base che tende a 1 con esponente infinito alla forma 11^\infty. Poi bilancia l'argomento moltiplicando e dividendo per ciò che manca.

AN

Andrea

Responsabile Didattica Italiana Test d'Ingresso

STEM center of excellence in Milan. Certified tutors, structured methodology, and proprietary technology to guide every student toward their goals.

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