Ошибка в том, что Вы ошибочно полагаете, что
![$\[\infty - \infty = 0\]$ $\[\infty - \infty = 0\]$](https://dxdy-04.korotkov.co.uk/f/3/d/0/3d0ff38a3edffcbedd9335cbe337d32182.png)
.
Кстати замена

моментально упрощает все рассуждения.
Вот так навскидку, правило Лопиталя работает уж точно.
Ну а знающие товарищи вне всякого сомнения (что-то прибавив и отняв в числителе) вероятно могут решить этот предел даже школьным способом.