Question
Evaluate the following limit: Show that $\lim\limits_{\text{x}\rightarrow\infty}\big(\sqrt{\text{x}^2+\text{x}+1}-\text{x}\big)\ne\lim\limits_{\text{x}\rightarrow\infty}\big(\sqrt{\text{x}^2+1}-\text{x}\big)$

Answer

$\text{R.H.S=}\lim\limits_{\text{x}\rightarrow\infty}\big(\sqrt{\text{x}^2+1}-\text{x}\big)$ $=\lim\limits_{\text{x}\rightarrow\infty}\frac{\big(\sqrt{\text{x}^2+1}-\text{x}\big)\big(\sqrt{\text{x}^2+1}+\text{x}\big)}{\big(\sqrt{\text{x}^2+1}-\text{x}\big)}$ $=\lim\limits_{\text{x}\rightarrow\infty}\frac{{\text{x}^2+1}-\text{x}}{\text{x}\sqrt{1+\frac{1}{\text{x}^2}}+\text{x}}$ $=\lim\limits_{\text{x}\rightarrow\infty}\frac{1}{\text{x}\sqrt{1+\frac{1}{\text{x}^2}}+\text{x}}$ $=\lim\limits_{\text{x}\rightarrow\infty}\frac{1}{\text{x}}\begin{pmatrix}\frac{1}{\text{x}\sqrt{1+\frac{1}{\text{x}^2}}+\text{x}}\end{pmatrix}$ $=0$ Also, $\text{L.H.S}=\lim\limits_{\text{x}\rightarrow\infty}\big(\sqrt{\text{x}^2+\text{x}+1}-\text{x}\big)$ $=\lim\limits_{\text{x}\rightarrow\infty}\frac{\big(\sqrt{\text{x}^2+\text{x}+1}-\text{x}\big)\big(\sqrt{\text{x}^2+\text{x}+1}+\text{x}\big)}{\big(\sqrt{\text{x}^2+\text{x}+1}+\text{x}\big)}$ $=\lim\limits_{\text{x}\rightarrow\infty}\frac{\big(\sqrt{\text{x}^2+\text{x}+1}-\text{x}^2\big)}{\sqrt{\text{x}^2+\text{x}+1}+\text{x}}$ $=\lim\limits_{\text{x}\rightarrow\infty}\frac{\text{x}\Big(1+\frac{1}{\text{x}}\Big)}{\text{x}\Big(1+\frac{1}{\text{x}}+\frac{1}{\text{x}^2}+1\Big)}$ $=\lim\limits_{\text{x}\rightarrow\infty}\frac{1+\frac{1}{\text{x}}}{\sqrt{1+\frac{1}{\text{x}}+\frac{1}{\text{x}^2}}+1}$ $=\frac{1}{1+1}=\frac12$ $\therefore\ \lim\limits_{\text{x}\rightarrow\infty}\big(\sqrt{\text{x}^2+\text{x}+1}-\text{x}\big)$ is not equal to $\lim\limits_{\text{x}\rightarrow\infty}\big(\sqrt{\text{x}^2+1}-\text{x}\big).$

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