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EJERCICIOS RESUELTOS ANALISIS REAL Carmen María Gonzales EJERCICIOS CAPITULO 1 Sección 1.1 Ejercicio Nº 1 Sea S= 𝟏 − (−𝟏)𝒏 𝒏 /𝒏 𝜺 𝑵 . Determinar sup S e Inf S. Desarrollo. Para determinar el Sup S e Inf S Probaremos cuando n es par y cuando n es impar, para esto se hará una tabla de valores. 1.- n es par 2.- n es impar 1 − (−1)𝑛 𝑛 1 − (−1)𝑛 𝑛 n par Sn n impar Sn 2 1 3 4/3 4 3/4 5 6/5 6 5/6 7 8/7 8 7/8 9 10/9 10 9/10 11 12/11 . . . . . . . . . . . . . . . . +∞ +∞ Viendo la relación de la tabla anterior se puede determinar que el Sup S= 2 y el Inf S=1/2 Ejercicio Nº 2 Demostrar que el conjunto S = 𝒙 ∈ 𝑹 / 𝒙 ≥ 𝟎 tiene cotas inferiores pero no superiores. El conjunto S= 𝑥 ∈ 𝑅 / 𝑥 ≥ 0 tiene cotas inferiores y el conjunto de las cotas inferiores es C= 𝑘 ∈ 𝑅/ 𝑘 ≤ 0 -∞ 0 +∞ No está acotada superiormente por tanto no existe un 𝜇 ∈ 𝑅/ 0 ≤ 𝑥 ≤ 𝜇 ∀𝑥 ∈ 𝑆 Ejercicio Nº 3 Sea𝑺 ⊆ 𝑹 𝒚 𝑺*= Sup de S suponiendo que 𝑺∗es y que 𝝁 ∉ S demostrar que el supremo del conjunto S ∪ 𝝁 es el mayor de los dos números 𝑺 ∗y 𝝁. Si 𝑆 ∗∈ 𝑆 ………………………………. Por hipótesis Y 𝑆 ∗ = Sup S ………………………….. Por hipótesis Sea 𝜇 ∉ 𝑆 → 𝜇 > 𝑆 ^ 𝑆∗ ∈ 𝑆 → 𝜇 > 𝑆∗ Entonces 0⊆ 𝑆∗ < 𝜇 De esta forma demostramos que S ∪ 𝜇 tiene un Sup el cual sería Sup S ∪ 𝜇 =𝜇 ya que 𝜇 > 𝑆∗ Ejercicio Nº 4 Sea 𝑺 ⊆ 𝑹 𝒚 𝝁 ∈ 𝑺 es cota superior de S. Demostrar que 𝜇 = 𝑆𝑢𝑝𝑆 0 𝑆∗𝜇 Supongamos que 𝜇 ∈ 𝑆, como hipótesis 𝜇 es la cota superior de S, implica que 𝜇 > 𝑘 ∀𝑘 ∈ 𝑆, lo cual contradice la hipótesis ya que 𝜇 es la cota superiorde S. Por tanto: Si 𝜇 ∈ 𝑆 → 𝜇 = 𝑆𝑢𝑝 𝑆 Ejercicio Nº 5 Sea 𝑺 ⊆ 𝑹, 𝑺 ≠ ∅ Demostrar que 𝝁 ∈ 𝑺 es la cota superior de S ↔ 𝒕 ∈ 𝑹, 𝒕 > 𝜇 → 𝑡 ∉ 𝑆 i) Si 𝜇 es cota superior de S……………………………….por hipótesis Si 𝜇 es cota superior de S→ 𝑡 ∈ 𝑅, 𝑡 > 𝜇 ^ 𝑡 ∉ 𝑆 ….por definición Supongamos que 𝑡 ∈ 𝑆………………………………….por hipótesis𝜇 es cota superior. Implica que 𝑡 ⊆ 𝜇 y esto contradice la hipótesis que 𝑡 > 𝜇 ii) 𝑡 ∈ 𝑅, 𝑡 > 𝜇 → 𝑡 ∉ 𝑆 → 𝜇 es la cota superior de S 0 𝜇𝑡 Ejercicio Nº 9 Sea 𝑺 ⊆ 𝑹 acotado, S0 ≤ 𝑺 , S0≠ ∅. Demostrar que: inf S ≤ inf S0≤ Sup S0≤ Sup S S0 0 S El conjunto S tiene cotas inferiores y superiores tales que: C= 𝐾 ∈ 𝑅/ 𝐾 ≤ 0 𝑦 𝑇 = 𝑚 ∈ 𝑅/𝑚 ≥ 0 El conjunto S0∈ 𝑆 por lo tanto el conjunto de las cotas inferiores seria N= 𝑦 ∈ 𝑅 /𝑦 ≤ 0 ^ 𝑦 ≥ inf 𝑆 El conjunto de las cotas superiores seria L= 𝑎 ∈ 𝑅 / 𝑎 ≥ 0 ^ 𝑎 ≤ 0 𝑆𝑢𝑝 𝑆 Si 𝑦 = inf 𝑆0 ^ 𝑎 = 𝑆𝑢𝑝 𝑆0 → 𝑦 ≥ inf ^ 𝑎 ≤ 𝑆𝑢𝑝 𝑆 → inf 𝑆0 ≥ inf 𝑆 ^ 𝑆𝑢𝑝 𝑆0 ≤ 𝑆𝑢𝑝 𝑆 → inf 𝑆 ≤ inf 𝑆0 ^𝑆𝑢𝑝 𝑆0 ≤ 𝑆𝑢𝑝 ≤ 𝑆𝑢𝑝𝑆 → inf 𝑆 ≤ inf 𝑆0 ≤ 𝑆𝑢𝑝 𝑆0 ≤ 𝑆𝑢𝑝 𝑆 Ejercicio Nº 10 Sea 𝑺 ⊆ 𝑹, 𝑺 ≠ ∅, S es acotado. Para un dado 𝝁 ∈ 𝑹 considérese el conjunto 𝝁𝑺 = 𝝁𝑺 / 𝑺 ∈ 𝑺 a) Demostrar que si 𝑎 > 0 → inf 𝑎𝑆 = 𝑎 inf 𝑆, 𝑆𝑢𝑝 𝑎𝑆 = 𝑎 𝑆𝑢𝑝 𝑆 =/ 𝑎 > 0 → inf 𝑎𝑠 = 𝑎 𝑖𝑛𝑓𝑆 Por el teorema 2, el infimo del conjunto a S existe probando que es 𝑎 inf 𝑆 Llamamos 𝜇 = inf 𝑆 𝜇 ≤ 𝑆, ∀ 𝑆 ∈ 𝑆………………………………………definición, teorema 2 𝑎𝜇 ≤ 𝑎𝑆……………………………………………….por 𝑎, 𝑎 > 0 𝑎𝜇 es cota inferior del conjunto 𝑎𝑆 Por tanto: 𝑎𝜇 ≤ inf 𝑎 𝑆 Probemos ahora que 𝑎𝜇 es la mayor de las cotas de 𝑎𝑆, si V es cualquier cota inferior del conjunto 𝑎 𝑆 → 𝑉 ≤ 𝑎𝑆 𝑉 𝑎 = 𝑆, 𝑉 𝑎 ≤ inf 𝑆 … … …… … . . … .. …………………………….sustitución Puesto que inf S es la mayor de las cotas inferiores de S 𝑉 𝑎 ≤ inf 𝑆 𝑉 𝑎 ≤ 𝜇 𝑉 ≤ 𝑎𝜇 despejando 𝑎 > 0, 𝑎𝜇 es la cota mayor de las cotas inferiores del conjunto 𝑎𝑆 𝑖𝑛𝑓 = 𝑎𝑆 = 𝑎𝜇 = 𝑎 inf 𝑆. Sección 1.2 Ejercicio Nº 2 Si 𝒚 > 0 probar que existen 𝒏 ∈ 𝑵 tal que 𝟏 𝟐𝒏 ≥ 𝒚 Por reducción a lo absurdo 1 2𝑛 ≥ 𝑦 2−𝑛 ≥ 𝑦𝑥 = 𝑏𝑦 𝑙𝑜𝑔22 𝑛 ≥ 𝑦𝑙𝑜𝑔𝑏𝑏 𝑦 = 𝑥 −𝑛 ≥ 𝑙𝑜𝑔2 𝑦𝑦 = 𝑙𝑜𝑔𝑏𝑥 (−1)(𝑛) ≥ 𝑙𝑜𝑔2 𝑦(−1) 𝑛 ≤ −𝑙𝑜𝑔2 𝑦 Si y > 0→ −𝑙𝑜𝑔2 𝑦 ∈ 𝑅 pero 𝑛 ∈ 𝑁 lo cual es una contradicción ya que un número natural es mayor que cualquier número real negativo. Ejercicio Nº3 Si x es un numero racional diferente de cero y y es un numero irracional. Demostrar entonces que x+t, x-y, xy, x/y, y/x son todos irracionales Sea 𝑥 = 𝑎 𝑏 ^ 𝑦 = 2 donde 𝑎, 𝑏 ∈ 𝑅 → 𝑥 + 𝑦 = 𝑎 𝑏 + 2 = 𝑎 + 𝑏 2 𝑏 → 𝑥 − 𝑦 = 𝑎 𝑏 − 2 = 𝑎 − 𝑏 2 𝑏 → 𝑥𝑦 = 𝑎 𝑏 2 → 𝑥 𝑦 = 𝑎/𝑏 2 = 𝑎 𝑏 2 = 𝑎 𝑏 ( 1 2 ) → 𝑥 𝑦 = 2 𝑎 𝑏 = 𝑏 2 𝑎 = 2 𝑏 𝑎 Ejercicio Nº4 ¿Cuál es la suma o el producto de dos números irracionales, un numero irracional? Sea 𝑥 = 𝑎 + 𝑏 2 𝑎, 𝑏 ∈ 𝑁 𝑦 = 𝑐 + 𝑑 2 𝑐, 𝑑 ∈ 𝑁 𝑥 ∙ 𝑦 = (𝑎 + 𝑏 2)(𝑐 + 𝑑 2) = (𝑎𝑐 + 𝑎𝑑 2 + 𝑏𝑐 2 + 2𝑏𝑑) = (𝑎𝑐 + 2𝑏𝑑) + (𝑎𝑑 + 𝑏𝑐) 2 𝑎´ + b´ 2 𝑥 + 𝑦 = 𝑎 + 𝑏 2 + 𝑐 + 𝑑 2 = 𝑎 + 𝑐 + (𝑏 + 𝑑) 2 𝑎´ + b´ 2 ∴ la suma y el producto de dos números irracionales da un numero irracional. Ejercicio Nº5 Un entero n se llama par si n=2m para cierto entero m y se llama impar si n=2m+1 para cierto entero m Demostrar que: a) Un entero impar no puede ser a la vez par e impar Por contradicción Supongamos que un entero puede ser par e impar, implica n=2m para algún 𝑚 ∈ 𝑍, 𝑝𝑒𝑟𝑜 𝑛 = 2𝑚 + 1, 𝑦𝑎 𝑞𝑢𝑒 También es impar por lo que se tiene 2𝑚 = 2𝑚 + 1 lo que implica que 0=1 ∴es una contradicción. c) La suma y el producto de dos enteros pares es par ¿Qué se puede decir acerca de la suma o del producto de dos enteros impares? Demostración: la suma de dos enteros pares es par. i) Sean 𝑥 𝑦 𝑧 dos enteros pares…………………………………..hipótesis x es par → 𝑥 = 2𝑎……………………………………………. 𝑎 ∈ 𝑍 z es par → 𝑧 = 2𝑏……………………………………………. 𝑏 ∈ 𝑍. 𝑥 = 2𝑎 ^ 𝑧 = 2𝑏𝑎 → 𝑥 + 𝑦 = 2𝑎 + 2𝑏 = 2(𝑎 + 𝑏) ∴ 𝑥 + 𝑧 𝑒𝑠 𝑝𝑎𝑟 𝑦𝑎 𝑞𝑢𝑒 ∃(𝑎 + 𝑏) ∈ 𝑧 ii) Sean 𝑥 𝑦 𝑧 dos enteros pares…………………………………..hipótesis Sean 𝑥 𝑦 𝑧 dos enteros pares x es par → 𝑧 = 20…………………………………………….b ∈ 𝑧 𝑥 = 2𝑎 ^ 𝑧 = 2𝑏 → 𝑥 ∙ 𝑧 = 2𝑎 ∙ 2𝑏 = 2(2𝑎𝑏) → 𝑥 ∙ 𝑦 es par ya que∃(2𝑎𝑏) ∈ 𝑍 Demostrar la suma de dos enteros impares es impar Sea x y z dos enteros impares x es impar → 𝑥 = 2𝑎 + 1 … … … … … … . 𝑎 ∈ 𝑧 z es impar → 𝑧 = 2𝑏 + 1 … …… … … … . . 𝑏 ∈ 𝑧 𝑥 = 2𝑎 + 1 ^ 𝑧 = 2𝑏 + 1 → 𝑥 + 𝑧 = 2𝑎 + 1 + (2𝑏 + 1) =2(a+b)+2 =2(y)+2 y=(a+b) ∈ 𝑧 ∴ 𝑥 + 𝑧 no es un número impar ya que lo forma de un número impar es h=2m+1 Demostrar: el producto de dos enteros impares es impar Sea a ^ b dos enteros impares a es impar → 𝑎 = 2𝑚 + 1 … …… . . 𝑚 ∈ 𝑧 𝑏 𝑒𝑠 𝑖𝑚𝑝𝑎𝑟 → 𝑏 = 2𝑛 + 1 … … . … 𝑛 ∈ 𝑧 𝑎 = 2𝑚 + 1 ^ 𝑏 = 2𝑛 + 1 → 𝑎 ∗ 𝑏 = (2𝑚 + 1)(2𝑛 + 1) = 4𝑚𝑛 + 2𝑚 + 2𝑛 + 1 = 2 2𝑚𝑛 + 𝑚 + 𝑛 + 1 → 𝑎 ∗ 𝑏 𝑒𝑠 𝑖𝑚𝑝𝑎𝑟 𝑦𝑎 𝑞𝑢𝑒 ∃(2𝑚𝑛 + 𝑛 + 𝑚) ∈ 𝑍 d) si 𝑛2es par, también lo es n sea n un entero par 𝑛2 𝑒𝑠 𝑝𝑎𝑟 → 𝑛2 = 2𝑚 … …… … . 𝑚 ∈ 𝑧 → 𝑛2 = 2𝑚 2 … . . … 𝑒𝑙𝑒𝑣𝑎𝑛𝑑𝑜 𝑎𝑙 𝑐𝑢𝑎𝑑𝑟𝑎𝑑𝑜 𝑛2 = 4𝑚2…………algebra 𝑛2 = 2 𝑚2 … … … … . 𝑓𝑎𝑐𝑡𝑜𝑟𝑖𝑧𝑎𝑛𝑑𝑜 Sea 𝑛2un entero par 𝑛2es par → 𝑛2 = (2𝑚)2 … … … … … …𝑚 ∈ 𝑧 suponer n=2m+1 → 𝑛2 2 = (2𝑚)2 n→ 2𝑚 + 1 → 𝑛2 = (2𝑚 + 1) 2 n =2m………………….simp. 𝑛2 = 4𝑚2 + 4𝑚 + 1 ∴ 𝑛 𝑒𝑠 𝑢𝑛 𝑛𝑢𝑚𝑒𝑟𝑜 𝑝𝑎𝑟 𝑦𝑎 𝑞𝑢𝑒 ∃ 𝑚 ∈ 𝑍𝑛2 = 2 2𝑚2 + 2𝑚 + 1 𝑛2 = 2𝑘 + 1 lo cual contradice la hipótesis e) Si𝑎2 = 2𝑏2, donde a y b son enteros, entonces a y b son ambos pares Demostración: 𝑎2 = 2𝑏2 → 𝑎 𝑒𝑠 𝑝𝑎𝑟 𝑑𝑒𝑓𝑖𝑛𝑖𝑐𝑖𝑜𝑛 𝑑𝑒 𝑛𝑢𝑚𝑒𝑟𝑜 𝑝𝑎𝑟 → 𝑎 = 2𝑚 …… … … … … 𝑚 ∈ 𝑍 𝑎 = 2𝑚 ^ 𝑎2 = 2𝑏2 → 𝑎2 = 2𝑏2 → (2𝑚)2 = 2𝑏2 → 4𝑚2 = 2𝑏2 → 4𝑚2 2 = 𝑏2 → 2𝑚2 = 𝑏2 → 𝑏2 = 2𝑚2 → 𝑏 = 𝑒𝑠 𝑝𝑎𝑟 ∴ 𝑎 𝑦 𝑏 𝑠𝑜𝑛 𝑝𝑎𝑟𝑒𝑠 f) Todo número racional puede expresarse de la forma 𝑎 𝑏 donde a y b son elementos uno de los cuales por lo menos es impar. Supongamos que a y b son pares a=2n y b=2m ∀ 𝑛, 𝑚 ∈ 𝑍 → 𝑎 𝑏 → 𝑎 𝑏 = 2𝑛 2𝑚 𝑐𝑜𝑚𝑜 ∃𝑚, 𝑚 = 0, 0 ∈ 𝑧 0 = 2(0) 2𝑛 2(0) = 2𝑛 0 → 𝑙𝑎 𝑑𝑖𝑣𝑖𝑠𝑖𝑜𝑛 𝑝𝑜𝑟 0 𝑛𝑜 𝑒𝑠𝑡𝑎 𝑑𝑒𝑓𝑖𝑛𝑖𝑑𝑎 𝑦 𝑝𝑎𝑟𝑎 𝑞𝑢𝑒 𝑠𝑒𝑎 𝑢𝑛 𝑛𝑢𝑚𝑒𝑟𝑜 𝑟𝑎𝑐𝑖𝑜𝑛𝑎𝑙 𝑎 𝑏 = 𝑏 ≠ 0 ∴ 𝑎 𝑦 𝑏 𝑠𝑜𝑛 𝑜 𝑑𝑒𝑏𝑒𝑛 𝑠𝑒𝑟 𝑖𝑚𝑝𝑎𝑟. EJERCICIO Nº 6 Modificar el razonamiento empleado en la demostración del teorema 7 para demostrar los siguientes enunciados a) Existe un número real positivo y tal que 𝑦2 = 3 Si tres números reales cualesquiera 𝑦2, 𝑥, 3/𝑥 > 0 satisface que 3≤ 𝑦2 ≤ 3 + 𝑥 𝑛 ∀𝑛 ∈ 𝑛 ∈ 𝑛𝑘 Demostración: a) z<x b) x≤ 𝑧 + 𝑦 𝑛 a) z≤ 𝑥 b) 𝑥 ≤ 𝑧 + 𝑦 𝑛 Debemos demostrar que 3=𝑦2 por: a) Ya sabemos que 3 ≤ 𝑦2 según la ley de tricotomía para los números 3 < 𝑦2 ó 3=𝑦2 si 3=𝑦2 hemos llegado a la condición que deseamos. Debemos demostrar que la opinión 3<𝑦2 no es factible. Supongamos que 3<𝑦2 3 < 𝑦2 → 𝑦2 − 3 > 0 … … … . . … . . 𝑐𝑜𝑙𝑜𝑛𝑎𝑟𝑖𝑜 𝑖𝑛𝑐𝑖𝑠𝑜 𝑎 ∃𝑛, 𝑛 ∈ 𝑁∗ / 𝑛(𝑦2 − 3) > 𝑦, 𝑦 > 0, 𝑦 ∈ 𝑅 → 𝑦2 − 3 > 𝑦 𝑛 → 𝑦2 > 3 + 𝑦 𝑛 𝑐𝑜𝑛𝑡𝑟𝑎𝑑𝑖𝑐𝑖𝑒𝑛𝑑𝑜 𝑙𝑎 𝑟𝑒𝑙𝑎𝑐𝑖𝑜𝑛 𝑏 EJERCICIO Nº7 Demostrar la densidad del conjunto Q en el caso en que x≤ 𝟎 Si x<0, como x<y x*y<0 → 0 > 𝑥 − 𝑦 → 𝑦 > 𝑥 → 𝑦 − 𝑥 > 0 Propiedad arquimidiana ∃𝑛 ∈ 𝑁∗ / 1 𝑛 < 𝑦 − 𝑥 → 1 𝑦 − 𝑥 < 𝑛 1 < 𝑛𝑦 − 𝑛𝑥 → 𝑛𝑥 + 1 < 𝑛𝑦 Colonario al teorema 6, inciso(c) para nx, nx>0 ∃𝑚 ∈ 𝑁∗ / 𝑚 − 1 ≤ 𝑛𝑥 < 𝑚 m≤ 𝑛𝑥 + 1 m≤ 𝑛𝑥 + 1 < 𝑛𝑦 ∃𝑚, 𝑛 ∈ 𝑁∗ / 𝑛𝑥 < 𝑚 < 𝑛𝑦 → 𝑥 < 𝑚 𝑛 < 𝑦 ∃𝑟 = 𝑚 𝑛 / 𝑥 < 𝑟 < 𝑦 , para x,y ∈ 𝑅 Sección 1.3 EJERCCIO Nº1 Escribir por comprensión los conjuntos dados y representarlos geométricamente en la recta real. a) V0.5(5) = 𝑥 ∈ 𝑅 / 𝑥 − 5 < 0.5 = 𝑥 ∈ 𝑅 / −0.5 < 𝑥 − 5 < 0.5 = 𝑥 ∈ 𝑅 / 5 − 0.5 < 𝑥 < 5 + 0.5 = 𝑥 ∈ 𝑅 / 4.5 < 𝑥 < 5.5 = 4.5, 5.5 b) V0.25(-2) = 𝑥 ∈ 𝑅 / 𝑥 + 2 < 0.25 = 𝑥 ∈ 𝑅 / −0.25 < 𝑥 + 2 < 0.25 = 𝑥 ∈ 𝑅 / −0.25 − 2 < 0.25 − 2 = 𝑥 ∈ 𝑅 / −2.25 < −1.75 = −2.25, −1.75 c) V2∈ (a) = 𝑥 ∈ 𝑅 / 𝑥 − 𝑎 < 2 ∈ = 𝑥 ∈ 𝑅 / −2 ∈< 𝑥 − 𝑎 < 2 ∈ = 𝑥 ∈ 𝑅 / −2 ∈ +𝑎 < 𝑥 < 2 ∈ +𝑎 = −2 ∈ +𝑎, 𝑎 + 2 ∈ -2∈ +𝑎 x a +2∈ EJERCICIO Nº5 Sean 𝑨 ⊂ 𝑹 𝒚 𝑩 ⊂ 𝑹 demostrar: a) 𝐴 ⊂ 𝐵 → º𝐴 ∘⊂ º𝐵 𝑃 ∈∘ 𝐴 → ∃𝐼𝑝Ip abierto/ Ip CA……… def punto inferior → 𝐼𝑝 𝐶𝐵 … … … … …… … … … … … …… … … . 𝑝𝑜𝑟 𝑖𝑝𝑜𝑡𝑒𝑠𝑖𝑠 𝐴 ⊂ 𝐵 → ∃𝐼𝑝 𝐼𝑝 𝑎𝑏𝑖𝑒𝑟𝑡𝑜 / 𝐼𝑝 𝐶𝐵. . . .....................def .punto interior → 𝑃 ∈ º𝐵 …… … … … … … … …… … … … … … def. 𝑑𝑒 º𝐵 𝑃 ∈ º𝐴 → 𝑃 ∈ º𝐵 ºA⊂ºB…………………………………………….def de inclusión. b) ºA=ºA i) ººA⊂ºA ii) ºA⊂ººA Demostración: i) ººA⊂ºA 𝑃 ∈ººA → ∃ 𝐼𝑝, 𝐼𝑝 𝑎𝑏𝑖𝑒𝑟𝑡𝑜 , 𝐼𝑝 ⊂ºA………………..Punto interior. → 𝑃 ∈ºA ya que Ip ⊂ºA →ººA⊂ºA………………………………………………….def de inclusión ii) ºA⊂ººA 𝑃 ∈ºA → ∃ 𝐼𝑝, 𝐼𝑝 𝑎𝑏𝑖𝑒𝑟𝑡𝑜 , 𝐼𝑝 ⊂ºA………………..Punto interior. → 𝑃 ∈ººA ya que Ip ⊂ººA →ºA⊂ººA……………………………………………….def de inclusión ∴ Por paso i, ii, ººA=ºA c) 𝐴 ∩ 𝐵 =ºA∩ºB i) 𝐴 ∩ 𝐵 ⊂ºA∩ºB 𝑃 ∈ 𝐴 ∩ 𝐵 → ∃ 𝐼𝑝, 𝐼𝑝 𝑎𝑏𝑖𝑒𝑟𝑡𝑜 𝐼𝑝 ⊂ ºA∩ºB ……….. Punto inferior → 𝑃 ∈ºA ^ P ∈ºB ya que Ip ⊂ºA ∩ºB → 𝐴 ∩ 𝐵 ⊂ºA∩ºB…………………………………….def de inclusión ii) ºA∩ºB ⊂ 𝐴 ∩ 𝐵 P∈ ºA∩ºB → ∃ 𝐼𝑝, 𝐼𝑝 𝑎𝑏𝑖𝑒𝑟𝑡𝑜 𝐼𝑝 ⊂ 𝐴 ∩ 𝐵 ……….. Punto inferior → 𝑝 ∈ 𝐴 ∩ 𝐵 ya que Ip ⊂ 𝐴 ∩ 𝐵 → ºA∩ºB ⊂ º𝐴 ∩ º𝐵 ……………………….por def i,ii 𝐴 ∩ 𝐵 =ºA∩ºB d) ºA∪ºB ⊂ 𝐴 ∪ 𝐵 𝑃 ∈ 𝐴 ∪ 𝐵 → ∃ 𝐼𝑝, 𝐼𝑝 𝑎𝑏𝑖𝑒𝑟𝑡𝑜 𝐼𝑝 ⊂ ºA∪ºB ……….. Punto inferior → 𝐼𝑝 ⊂ºA∪ºB…………………………………………….Hipótesis. → ∃ 𝐼𝑝, 𝑎𝑏𝑖𝑒𝑟𝑡𝑜 𝐼𝑝 ⊂ºA∪ºB ………………………..def punto int. → 𝑃 ∈ ºA ∪ ºB…………………………………………..def. unión →ºA∪ºB …………...……………………………………..def. unión 𝐴 ∪ 𝐵 ⊂ºA∪ºB…………………………………………def. Inclusión e) 𝐴 − 𝐴 ⊂ 𝐴´ 𝐷𝑒𝑓. de 𝐴´ acumulación 𝑃 ∈ 𝑅, 𝑃 ∈ 𝐴 ↔ (∀ 𝐼𝑝, 𝑎𝑏𝑖𝑒𝑟𝑡𝑜 𝐼𝑝 − 𝑃 ∩ 𝐴 ≠ ∅) A-B= 𝑥 𝑥 ∈ 𝐴 ^ 𝑥 ∉ 𝐵 Demostración: Sea P ∈ 𝐴 − 𝐴 → 𝑃 ∈ 𝐴 ∩ 𝑃 ∉ 𝐴………………def. conjuntos → ∀ 𝐼𝑝, 𝐼𝑝 𝑎𝑏𝑖𝑒𝑟𝑡𝑜 𝐼𝑝 ∈ 𝐴 ≠ 0 ∩ 𝑃 ∉ 𝐴 … … … . . def. 𝑑𝑒 𝐴 ) → ∀ 𝐼𝑝, 𝐼𝑝 𝑎𝑏𝑖𝑒𝑟𝑡𝑜 → 𝐼𝑝 − 𝑃 ∩ 𝐴 ≠ 0 Ya que P ∉A → 𝑃 ∈ 𝐴´………………………………………………….def. de 𝐴´ P ∈ 𝐴 − 𝐴 → 𝑃 ∈ 𝐴´………………………………..S.H. 𝐴 − 𝐴 ⊂ 𝐴´……………………………………………Def. de inclusión i) A⊂B→ 𝐴 ⊂ 𝐵…………..……………………P∈ 𝐴 → ∃𝐼𝑝, 𝐼𝑝 𝑎𝑏𝑖𝑒𝑟𝑡𝑜 𝐼𝑝 ∩ 𝐴 ≠ ∅ P ∈ 𝐼𝑝 ^ 𝑃 ∈ 𝐴………….……………………def. Intersección. P∈ 𝐼𝑝^ 𝑥 ∈ 𝐵…………………….................Hipótesis P∈ 𝐼𝑝 ∩ B ……………………………………Intersección 𝑃 ∈ 𝐵 ………………………………………….def. Puntos adherentes 𝐴 ⊂ 𝐵…………………………………………..def. Inclusión. j) 𝐴 = 𝐴 𝐴 ⊂ 𝐴 i) 𝑥 ∈ 𝐴 → ∃ 𝐺𝑥, 𝐺𝑥 𝑎𝑏𝑖𝑒𝑟𝑡𝑜 Gx ∩ 𝐴 ≠ 0 → 𝑥 ∈ 𝐴 ya que 𝐺𝑥 ∩ 𝐴 ≠ ∅ → 𝐴 = 𝐴 ……………………………..def. de inclusión ii) 𝑥 ∈ 𝐴 → ∃ 𝐺𝑥, 𝐺𝑥 𝑎𝑏𝑖𝑒𝑟𝑡𝑜 → 𝐺𝑥 ∩ 𝐴 ≠ ∅ → 𝑥 ∈ 𝐴 ya que 𝐺𝑥 ∩ 𝐴 ≠ ∅ → 𝐴 ⊂ 𝐴 ……………………………..def. de inclusión ∴ 𝑝𝑜𝑟 𝑖, 𝑒 𝑖𝑖 𝐴 = 𝐴 EJERCICIO Nº7 Si A= 1 𝑛 /𝑛 𝜀 𝑁∗ Entonces Determinar Fr A y Ext A. Desarrollo 1.- A= 1 𝑛 .............................................................................................Por Hipótesis 2.- A= 1,1/2, 1/3, … ......................................................................... Sustitución de valores en n 3.- Fr A= A........................................................................................... Definición de Punto Frontera y paso 2 4.- Ext A= ] − ∞, 0 𝑈 ··· 𝑈 1/3,1/2 𝑈 1 + ∞[....................................Definicion de Punto exterior y paso 2 y 3 SECCIÓN 1.4 EJERCICIO 1 Desarrollo a) Compruebe que (𝑮𝒏 )n𝝐𝑵 ∗ es una cubierta de A=]0,1[, donde 𝑮𝒏 = 𝟏 𝒏+𝟐 , 𝟏 𝒏 . 1.- Sea (𝐺𝑛 )n𝜖𝑁 ∗..........................................................................................Hipótesis 2.- 𝐺𝑛 = 1 𝑛+2 , 1 𝑛 ..................................................................Dato 3.- 𝐺𝑛 = 1 3 , 1 , 1 4 , 1 2 , 1 5 , 1 3 , … , 1 𝑛+2 , 1 𝑛 …......................... Sustitución de Valores 4.- ∴ 𝐴 = 0,1 = 𝑈𝑛 ∞ = 𝐺𝑛............................................. Definición de Cubierta paso 1 y 3 b)Use a) para comprobar que A no es compacto 1.- Sea 𝐺∗ = 𝑎1, 𝑏1 , 𝑎2, 𝑏2 , … , 𝑎𝑚 , 𝑏𝑚 ..............................Por parte a, dato 2.- si ∈= 𝑚𝑖𝑛(𝑎1, 𝑎2, … , 𝑎𝑚 )......................................................Por pasó 1 3.- ∈> 0...................................................................................... Por paso 2 4.- 𝑎1, 𝑏1 , 𝑎2, 𝑏2 𝑈 … 𝑈 𝑎𝑚 , 𝑏𝑚 ⊂] ∈ ,1[................................Unión de paso 1 y 2 5.- 0, ∈𝑦 ∈ ,1 Son disjuntos...................................................Definición de Unión (conjuntos disjuntos) 6.- 𝐺∗ no es un recubrimiento de A.............................................Definición de recubrimiento paso 4 y 5 7.- ∴ 𝐴 no es compacto.............................................................. .Definición de compacto y paso 6 c) ¿De qué otra manera se justifica que A no es compacto? c) Del hecho de que A no es cerrado y por el Teorema de Heine Borel. EJERCICIO 2 Si 𝐴1, … , 𝐴𝑛 Son compactos de R, demostrar que 𝐴𝑖 𝑛 𝑖=1 es un compacto de R. Dar un ejemplo que ilustre que la unión infinita no siempre es un compacto. Desarrollo 1.- Sea 𝐴𝑖 = 𝐴1, 𝐴2 , … , 𝐴𝑛 compactos de R…… … … … … … …… … … … … … … ….Dato 2.- 𝐴𝑖 es Cerrado y Acotado ∀𝑖= 1,2, … , 𝑛...........................................................Por definición de Compacto y paso 1 3.- ∃ ∈𝑖/ 𝐴𝑖 ⊂ 𝑉∈𝑖 (0)............................................................................................Definicion de Compacto 4.- Sea ∈= 𝑚𝑎𝑥 ∈𝑖/𝑖 = 1,2, … , 𝑛 ........................................................................Por paso 3 5.- 𝐴𝑖 ⊂ 𝑉∈(0) 𝑛 𝑖=1 ...............................................................................................Definición de conjunto acotado 6.- 𝐴𝑖 𝑛 𝑖=1 es acotado........................................................................................... Por ser Acotado y paso 5 7.- 𝐴𝑖 𝑛 𝑖=1 es compacto.........................................................................................Teorema de Heine Borel Ejemplo Sea 𝐴𝑛= 𝑛, 𝑛 + 1 , 𝑛 ∈ 𝑁 ∗ entonces 𝐴𝑖 𝑛 𝑖=1 = 1, +∞ 1, +∞ No es acotado y por lo tanto no es compacto (Según el teorema de Heine Borel). EJERCICIO 3 Justificar si el conjunto A es o no compacto, si A= [0,1]U{2}. Desarrollo 1.- A= [0,1]U{2} ........................................................................................Hipótesis 2.- R-A= ] −∞,0 [ U ]1,2[U]2,+∞[.............................Definición de punto exterior y paso 1 3.- R-A es abierto...........................................................................Por definición y paso 2 4.- A es Cerrado.............................................................................. por paso 1 5.- A esta acotado por 𝑉𝜀(0)........................................................... Definición de Vecindario 6.- A es Compacto......................................................................... Teorema de Heine Borel EJERCICIO 4 La familia de intervalos 𝐺𝑛 = 1 𝑛 , 2 𝑛 es una cubierta de 0,1 . Demostrar sin hacer uso del teorema de Heine-Borel que ninguna subfamilia finita de 𝐺𝑛 recubre el intervalo 0,1 . Desarrollo 1.- Sea (𝐺𝑛 )n𝜖𝑁 ∗. .....................................................................................................Dato 2.- 𝐺𝑛 = 1 𝑛 , 2 𝑛 ........................................................................................................Hipótesis 3.- 𝐺= 1,2 , 1 2 , 1 , 1 3 , 2 3 , … , 1 𝑛 , 2 𝑛 , … .............................................................Sustitucion de valores en paso 2 4.- si 𝐺∗ = 1 𝑛 , 2 𝑛 , 1 𝑛2 , 2 𝑛2 , … , 1 𝑛𝑘 , 1 𝑛𝑘 .............................................................Definicion de 𝐺∗ y paso 3 5.- 𝐺∗es una subcoleccion finita de G.................................................................Por paso 4 6.- ∃/p=max 𝑛1, 𝑛2 , … , 𝑛𝑘 .............................................................................. Definición de Existencia 7.- 1 𝑝 ∉ 1 𝑛𝑖 , 2 𝑛𝑖 𝑑𝑜𝑛𝑑𝑒 1 ≤ 𝑖 ≤ 𝑘..................................................................... por paso 3,4 y 6 8.- 1 𝑝 ∈ 0,1 ....................................................................................................... Definición Cubierta de un conjunto 9.- ∴ ∃ subcoleccion finita de G que no recubre a 0,1 ...................................L.Q.Q.D De modo que tampoco es compacto. EJERCICIO Nº6 Dado el conjunto de intervalos abiertos G={]-(2- 𝟏 𝒏 ),(2- 𝟏 𝒏 )[\n€N * } Dado que G={]-(2- 1 𝑛 ),(2- 1 𝑛 ) entoces G1=]-(2- 1 1 ), (2- 1 1 ) [ = ]-1,1 [ G2 =]-(2- 1 2 ), (2- 1 2 ) [ = ]- 3 2 , 3 2 [ G3 =]-(2- 1 3 ), (2- 1 3 ) [ = ]- 5 3 , 5 3 [ K = ]-2,2 [ EJERCICIO Nº9 Demostrar que una familia arbitraria de conjuntos compactos en R es compacta sea AC R se dice que A es compacta si es cerrado y acotado [0,2] es compacta (2,4] no es compacta Sea Ui compacto^ Vj compacto cerrados y acotados → Ui Ώ Vj es compacto en R EJERCICIOS CAPITULO II Sucesiones de números reales EJERCICIO Nº 1 Encontrar los diez primeros términos de la sucesión dada por el criterio indicado. a) (𝑺𝒎) = 𝟐𝒎 𝟓𝒎−𝟑 𝑠1 = 2 1 5 1 − 3 = 2 2 = 1 𝑠2 = 2 2 5 2 − 3 = 4 7 𝑠3 = 2 3 5 3 − 3 = 6 12 = 1 2 𝑠4 = 2 4 5 4 − 3 = 8 17 𝑠5 = 2 5 5 5 − 3 = 10 22 = 1 11 𝑠6 = 2 6 5 6 − 3 = 12 27 = 4 9 𝑠7 = 2 7 5 7 − 3 = 14 32 = 7 16 𝑠8 = 2 8 5 8 − 3 = 16 37 𝑠9 = 2 9 5 9 − 3 = 18 43 = 3 7 𝑠10 = 2 10 5 10 − 3 = 20 47 b) 𝑺𝒎 = 𝟏 + −𝟏 𝒎 𝑠1 = 1 + −1 1 = 1 − 1 = 0𝑠6 = 1 −1 6 = 1 + 1 = 2 𝑠2 = 1 + −1 2 = 1 + 1 = 2𝑠7 = 1 −1 7 = 1 − 1 = 0 𝑠3 = 1 + −1 3 = 1 − 1 = 0𝑠8 = 1 −1 8 = 1 + 1 = 2 𝑠4 = 1 + −1 4 = 1 + 1 = 2𝑠9 = 1 −1 9 = 1 − 1 = 0 𝑠5 = 1 + −1 5 = 1 − 1 = 0𝑠10 = 1 −1 10 = 1 + 1 = 2 c) 𝑺𝒎 = 𝒎 𝐬𝐢𝐧𝝅 𝒎 𝑠1 = 1 sin 𝜋(1) = 0.055𝑠6 = 6 + sin 𝜋(6) = 1.9385 𝑠2 = 2 sin 𝜋(2) = 0.219𝑠7 = 7 + sin 𝜋(7) = 2.16212 𝑠3 = 3 sin 𝜋(3) = 0.493𝑠8 = 8 + sin 𝜋(8) = 3.3997 𝑠4 = 4 sin 𝜋(4) = 0.219𝑠9 = 9 + sin 𝜋(9) = 4.2632 𝑠5 = 5 sin 𝜋(5) = 1.3537𝑠10 = 10 + sin 𝜋(10) = 5.2125 d) 𝑺𝒎 = 𝟐𝒎+𝟏 𝒆𝒎 𝑆1 = 21 + 1 𝑒1 = 3 𝑒 𝑆6 = 26 + 1 𝑒6 = 65 𝑒6 𝑆2 = 22 + 1 𝑒2 = 5 𝑒2 𝑆7 = 27 + 1 𝑒7 = 129 𝑒7 𝑆3 = 23 + 1 𝑒3 = 9 𝑒3 𝑆8 = 28 + 1 𝑒8 = 257 𝑒8 𝑆4 = 24 + 1 𝑒4 = 17 𝑒4 𝑆9 = 29 + 1 𝑒9 = 513 𝑒9 𝑆4 = 24 + 1 𝑒4 = 17 𝑒4 𝑆9 = 29 + 1 𝑒9 = 513 𝑒9 𝑆5 = 25 + 1 𝑒5 = 33 𝑒5 𝑆10 = 210 + 1 𝑒10 = 1025 𝑒10 e) 𝑺𝟏 = 𝟏; 𝑺𝟐 = 𝟐; 𝑺𝒎 + 𝟐 = 𝑺𝒎+𝟏+𝑺𝒎 𝑺𝒎+𝟏−𝒔𝒎 𝑚 = 1, 𝑆1 + 2 = 𝑆3 = 𝑆1 + 1 + 𝑆1 𝑆1 + 1 − 𝑠1 = 2 + 1 2 − 1 = 3 1 = 3 𝑚 = 2, 𝑆2 + 2 = 𝑆4 = 𝑆2 + 1 + 𝑆2 𝑆2 + 1 − 𝑠2 = 3 + 2 3 − 2 = 5 1 = 5 𝑚 = 3, 𝑆3 + 2 = 𝑆4 = 𝑆3 + 1 + 𝑆3 𝑆3 + 1 − 𝑠3 = 5 + 3 5 − 3 = 8 2 = 4 𝑚 = 4, 𝑆4 + 2 = 𝑆6 = 𝑆4 + 1 + 𝑆4 𝑆4 + 1 − 𝑠4 = 4 + 5 4 − 5 = 9 −1 = −9 𝑚 = 5, 𝑆5 + 2 = 𝑆7 = 𝑆5 + 1 + 𝑆5 𝑆5 + 1 − 𝑠5 = −9 + 4 −9 − 4 = −5 −13 = 5 13 𝑚 = 6, 𝑆6 + 2 = 𝑆8 = 𝑆6 + 1 + 𝑆6 𝑆6 + 1 − 𝑠6 = 5 13 + (−4) 5 132 (−9) = −56 61 𝑚 = 7, 𝑆7 + 2 = 𝑆9 = 𝑆7 + 1 + 𝑆7 𝑆7 + 1 − 𝑠7 = −56 61 + ( 5 13 ) − 56 61 − 5 13 = 423 1033 𝑚 = 8, 𝑆8 + 2 = 𝑆8 = 𝑆8 + 1 + 𝑆8 𝑆8 + 1 − 𝑠8 = 423 1033 + (− 56 61 ) 423 1033 − (− 56 61 ) = −0.38 f) (𝑺𝒎) = ((𝟏 + 𝟏 𝒎 )𝒎 m=1→((1 + 1 1 )1 = 2 m=2→((1 + 1 2 )2 = ( 3 2 )²= 9 4 m=3→((1 + 1 3 )3 = ( 4 3 )³= 64 27 m=4→((1 + 1 4 )4 =( 5 4 )4 = 625 256 m=5→((1 + 1 5 )5 =( 6 5 )4 = 7776 3125 g) (𝑺𝒎) =(1 - 𝟐 𝒎𝟐 ) m =1→(1 - 2 12 ) = -1 m =2→(1 - 2 22 )= 1- 1 2 = 1 2 m =3→(1 - 2 32 )= 1- 2 9 = 7 9 m =4→(1 - 2 42 )= 1- 2 16 = 14 16 = 7 8 m =5→(1- 2 52 )= 1- 2 25 = 23 25 h) ((𝑺𝒎) = 𝒏−𝟏 𝒏+𝟏 ------------- No tiene solución i)𝑺𝟏 =1 ; 𝑺𝒎+𝟏 = 3𝑺𝒎 + 1 m = 1→ 𝑆2 = 3𝑆1 + 1 = 3(1) + 1 = 4 m = 2→ 𝑆3 = 3𝑆2 + 1 = 3(4) + 1 = 13 m =3 → 𝑆4= 3𝑆3 + 1 = 3(13) + 1 = 40 m =4 → 𝑆5= 3𝑆4 + 1 = 3(40) + 1 = 121 m =5 → 𝑆6= 3𝑆5 + 1 = 3(121) + 1 = 364 j) 𝑺𝟏 =1 ; 𝑺𝟏 = 𝟐; 𝑺𝒎+𝟐 = 𝑺𝒎+𝟏+𝑺𝒎 𝑺𝒎+𝟏− 𝑺𝒎 m= 1 → 𝑆3= 1+1+1 1+1−1 = 3 m= 2 → 𝑆4= 2+1+2 2+1−2 = 5 m= 3 → 𝑆5= 3+1+3 3+1−3 = 7 m = 4 → 𝑆6= 5+1+5 5+1−5 = 11 m = 5 → 𝑆7= 7+1+7 7+1−7 = 15 k)𝑺𝟏 =3 ; 𝑺𝟐 = 𝟓; 𝑺𝒎+𝟐 = 𝑺𝒎+𝑺𝒎+𝟏 m =1 → 𝑆3= 7 m =2 → 𝑆4= 5 + 6 =13 m =3 → 𝑆9= 7 + 8 =15 m =4 → 𝑆13= 23 m =5 → 𝑆7= 40 EJERCICIO Nº3 De las sucesiones del punto anterior señale cuales de ellas corresponden a sucesiones de números racionales. R= a), f) y g) EJERCICIO Nº3 Determine cuáles de las siguientes sucesiones son nulas. a) 𝟏 𝒏𝟐 =lim𝑥→∞ 1 𝑛2 = 𝐥im𝑥→∞ 1 𝑛2 𝑛2 𝑛2 =lim𝑥→∞ 0 1 = 𝑁𝑢𝑙𝑜 b) 𝑛2 𝑛3+2 = lim𝑥→∞ 𝑛2 𝑛3+2 = lim𝒙→∞ 𝒏𝟐 𝒏𝟑 𝒏𝟑 𝒏𝟑 +𝟐 𝒏𝟑 = lim𝑥→∞ 𝟎 𝟏+𝟎 = 0 → 𝑁𝑢𝑙𝑜 c) 1+𝑛 𝑛2 = 𝐥𝐢𝐦𝒙→∞ 𝟏+𝒏 𝒏𝟐 = 𝐥𝐢𝐦𝒙→∞ 𝟏 𝒏𝟐 + 𝒏 𝒏𝟐 𝒏𝟐 𝒏𝟐 =lim𝑥→∞ 0 1 = 𝑁𝑢𝑙𝑜 d) 1 𝑛2+1 lim𝑛→∞( 1 𝑛2+1 ) = lim𝑛→∞( 𝑛 𝑛2 𝑛2 𝑛2 + 1 𝑛2 ) = lim 𝑛→∞ 1 𝑛 lim 𝑛→∞ 1− lim 𝑛→∞ 1 𝑛2 = 0 1−0 Es nula EJERCICIO N 4 Comparar que 𝐥𝐢𝐦𝒙→∞ 𝒏+𝟏 𝟐𝒏 = 𝟏 𝟐 𝑆𝑛 − 𝑆 < 𝜀 → 𝑛+1 2𝑛 − 1 2 < 𝜀 Sea 𝜀 = 0.01 → 𝑛 + 1 − 𝑛 2𝑛 < 𝜀 1 2 0.01 < 𝑛 → 1 2𝑛 < 𝑛 50<n → 1 2𝜀 < 𝑛 Los términos se encuentran en el entorno del centro 𝑦2 y radio 𝜀, excepto los primeros cincuenta. EJERCICIO 5 Demostrar que las siguientes sucesiones de números racionales son convergentes. a) 2𝑛+1 3𝑛 =lim𝑥→∞ 2𝑛+1 3𝑛 = lim𝑥→∞ 𝟐𝒏 𝒏 +𝟏 𝟑 𝒏 = lim𝑥→∞ 2+0 3 = 2 3 = 0.6 3𝑛 + 1 3𝑛 = 1 3 < 𝜀 → 2𝑛 + 1 − 2𝑛 3𝑛 < 𝜀 → 1 3𝑛 < 𝜀 → 1 3𝜀 > 𝑛 Sea 𝜀 = 0.01 1 3 0.01 < 𝑛 =33<n b) 2𝑛2−1 2𝑛2+1 =lim𝑥→∞ 2𝑛2−1 2𝑛2+1 = lim𝑥→∞ 𝟐𝒏𝟐 𝒏𝟐 − 𝟏 𝒏𝟐 𝟐 𝒏𝟐 𝒏𝟐 + 𝟏 𝒏𝟐 = lim𝑥→∞ 2−0 2+0 = 1 2𝑛2 − 1 2𝑛2 + 1 − 1 < 𝜀 → 2𝑛2 − 1 − 2𝑛2 − 1 2𝑛2 + 1 < 𝜀 −2 2𝑛+1 < 𝜀 = 2 3𝜀2+1 < 𝑛 EJERCICIO 8 Demostrar que (𝑺𝒏) no es convergente sí: a) (𝑆𝑚 ) = 2 𝑚 Supongamos que 2𝑚 → 𝐿 𝑦 𝜀 = 0.01 tenemos que 2𝑚 − 𝐿 < 𝜀 −0.01 < 2𝑚 − 𝐿 < 0.01 −0.01 + 𝐿 < 2𝑚 < 0.01 + 𝐿; Para m=LL>0 obtenemos 2𝐿 < 0.01 + 𝐿 𝐿 log2) < log(0.01 + 𝐿 𝐿 log2) − log(0.01 + 𝐿) < 0, ; No existe número natural que contenga la desigualdad b) (𝑆𝑚 ) = −1 𝑚𝑚2 𝑃𝑎𝑟𝑎 𝑚 𝑖𝑚𝑝𝑎𝑟 𝑠𝑚 = −𝑚 2 𝑆𝑢𝑝𝑜𝑛𝑔𝑎𝑚𝑜𝑠 𝑞𝑢𝑒 −𝑚2 → 𝐿 𝑦 𝜀 = 0.01 𝑡𝑒𝑛𝑒𝑚𝑜𝑠 𝑞𝑢𝑒 −𝑚2 − 𝐿 < 𝜀 −0.01 < −𝑚2 − 𝐿 < 0.01 −0.01+L<−𝑚2 < 0.01 + 𝐿 0.01 − 𝐿 − 𝑚2 > −0.01 − 𝐿 para m=L L> 0.06 tenemos 0 > 𝐿2 +L 0.01……………………...…..no existe numero natural que verifique la Desigualdad 0.2 para m por (𝑆𝑚 ) = m 2 Supongamos que (𝑚2) − 𝐿 𝑚2 − 𝐿 < 𝜀 → 0.01 < 𝑚2 − 𝐿 < 0.01−→ −0.01 + 𝐿 < 𝑚2 𝐿0.01 + 𝐿 Para m=L L>0 𝐿2 < 0.01 + 𝐿 𝐿2 − 𝐿 − 0.01 < 0; no existen números reales que verifican la desigualdad ∴ 𝑝𝑜𝑟 𝑖𝑛𝑐𝑖𝑠𝑜 𝑏. 1 𝑆𝑚 𝑒𝑠 𝑢𝑛𝑎 𝑠𝑢𝑐𝑒𝑐𝑖𝑜𝑛 𝑛𝑜 𝑐𝑜𝑛𝑣𝑒𝑟𝑔𝑒𝑛𝑡𝑒 EJERCICIO 9 Si 𝑠𝑚 = 𝑚 + 1 – 𝑚∀ 𝑚𝜖 𝑁 ∗ Demostrar que entonces convergen las sucesiones: b) ( 𝑚𝑠𝑚 ) Solución: lim𝑚→ 𝑆𝑚 = 0 lim→∞ 𝑚𝑠𝑚 = lim𝑚→∞ 𝑚( 𝑚 + 1 – 𝑚) = lim𝑚→∞ 𝑚 𝑚 + 1 lim𝑚→∞ 𝑚 = lim𝑚→∞ 𝑚 𝑚 𝑚 𝑚 + 1 𝑚 − lim𝑚→∞ 𝑚 𝑚 = lim𝑚→∞ 1 − lim𝑚→∞ 𝑚 𝑚 + 1 𝑚 - lim𝑚→∞ 1 = 1 – 0-1 lim→∞ 𝑚𝑠𝑚 = 0 EJERCICIO 12 Demostrar que la sucesión dada converge al límite indicado 𝟏 + 𝟐 𝒎 𝟐 → 𝟏 lim 𝑚→∞ 1 + 2 𝑚 2 = lim 𝑚→∞ 𝑚 + 2 𝑚 2 lim 𝑚→∞ 𝑚 𝑚 + 2 𝑚 𝑚 𝑚 2 = lim 𝑚→∞ 1 + 2 𝑚 1 2 lim 𝑚→∞ 1 + ∞ 1 2 = lim 𝑚→∞ 1 = 1 EJERCICIO 27 Estudiar si 𝜶 = 𝟏 𝒏𝟐+𝟏 𝒚 𝜷 = 𝟐𝒏 𝒏+𝟐 − 𝟐 dan lugar a números iguales ∝= 𝟏 𝒏𝟐 + 𝟏 ; 𝜷 = 𝟐𝒏 𝒏 + 𝟐 − 𝟐 𝑆𝑚 𝑅 𝐸𝑛 = 0 1 𝑛2 + 1 − 2𝑛 𝑛 + 2 − 2 = 0 1 𝑛2 + 1 − 2𝑛 − 2𝑛 − 4 𝑛 + 2 = 1 𝑛2 + 1 − −4 𝑛 + 2 = 0 = 1 𝑛2 + 1 + 4 𝑛 + 2 = 0 −→ 𝑛 + 2 + 4𝑛2 + 4 𝑛2 + 1 𝑛 + 2 −→ 4𝑛2 + 𝑛 + 6 𝑛2 + 1 𝑛 + 2 → lim 𝑛→∞ 4𝑛2 + 𝑛 + 6 𝑛3 + 2𝑛2 + 𝑛 + 2 → lim𝑛→∞ 4𝑛2 𝑛3 + 𝑛 𝑛3 + 6 𝑛3 𝑛3 𝑛3 + 2𝑛2 𝑛3 + 𝑛 𝑛3 + 2 𝑛3 = 0 1 = 0 ∴ ∝= 𝛽 𝑑𝑎𝑛 𝑙𝑢𝑔𝑎𝑟 𝑎 𝑛𝑢𝑚𝑒𝑟𝑜𝑠 𝑖𝑔𝑢𝑎𝑙𝑒𝑠 𝑟𝑒𝑎𝑙𝑒𝑠. EJERCICIO 22 Demostrar que la sucesión 𝒏+𝟏 𝒏 𝐞𝐬 𝐮𝐧𝐚 𝐬𝐮𝐜𝐞𝐢ón de cauchy 𝑆 ∈ 𝑃, 𝑞 ≥ 𝑚0 𝑆𝑝, 𝑆𝑞 < 𝜀 𝑝 + 1 𝑝 − 𝑞 + 1 𝑞 < 𝜀 𝑝𝑞 + 𝑞 − 𝑝𝑞 − 𝑝 𝑝 ∗ 𝑞 < 𝜀 𝑞 − 𝑝 𝑝 ∗ 𝑞 < 𝜀 1 𝑝 − 1 𝑞 < 𝜀 por hipótesis 𝑝 > 𝑚0, 𝑞 > 𝑚0 1 𝑝 < 1 𝑚0 ; 1 𝑞 < 1 𝑚0 1 𝑝 − 1 𝑞 < 1 𝑚0 + 1 𝑚0 1 𝑝 − 1 𝑞 < 2 𝑚0 < 𝜀 ∴ 𝑚0 = 2 𝜀 EJERCICIOS CAPITULO 3 EJERCICI Nº 1 Sean V= 𝑿𝟏, 𝑿𝟐 , V= 𝒀𝟏, 𝒀𝟐 ∈ 𝑹 𝟐 a) Verificar si la sig. Expresión es un producto interno en 𝑹𝟐 𝑈, 𝑉 = 𝑋, 𝑌, −2𝑋1𝑌2 − 2𝑋2𝑌1 + 5𝑋2𝑌2 𝑈, 𝑉 = 𝑋1, 𝑌1 − 2𝑌2 + 𝑋2, −2𝑦1 + 5𝑌2 𝑋1 + 𝑋2, 𝑌1 − 2𝑌2 + −2𝑌1 + 5𝑌2 𝑋1 + 𝑋2, 𝑌2 − 2𝑌1 + −2𝑌2 + 5𝑌2 𝐶𝑜𝑚𝑜 𝑈, 𝑉 = 4 = 𝑋1, 𝑋2 , 𝑉 = 𝑌1, 𝑌2 b) ¿Para qué valores de K es el siguiente un producto interno 𝑹𝟐 𝑈, 𝑉 = 𝑋1𝑌1 − 3𝑌1𝑌2 − 3𝑋2𝑌1 + 𝐾𝑋2𝑌2 𝑋1, 𝑌1−𝑌2 + 𝑋2, −3𝑌1 + 𝐾𝑌2 𝑋1 + 𝑋2, 𝑌1 − 3𝑌2 + −3𝑌1 + 𝐾𝑌2 𝑋1 + 𝑋2, 𝑌13𝑌1 + −3𝑌2 + 𝐾𝑌2 𝐶𝑜𝑚𝑜 𝑌2 = −3𝑌2 + 𝐾𝑌2 𝑌2 + 3𝑌2 = 𝐾𝑌2 4𝑌2 = 𝐾𝑌2 4 = 𝐾 Por tanto por K=4 es un producto interno en 𝑹𝟐 EJERCICIO 2 Sean X,Y ∈ 𝑹𝒏 Demostrar que b) 𝑿 + 𝒀 𝟐+) 𝑿 − 𝒀 𝟐 = 𝟐 𝑿 𝟐 + 𝟐 𝒀 𝟐 𝑰𝒏𝒕𝒆𝒓𝒑𝒓𝒆𝒕𝒆 𝒆𝒏 𝑹𝟐 𝒆𝒔𝒕𝒆 𝒓𝒆𝒔𝒖𝒍𝒕𝒂𝒅𝒐. 𝒙 + 𝒚, 𝒙 + 𝒚 + 𝒙 − 𝒚, 𝒙 − 𝒚 𝑥, 𝑦 + 2 𝑥, 𝑦 + 𝑦, 𝑦 + 𝑥, 𝑥 − 2 𝑥, 𝑦 + 𝑦, 𝑦 𝑥 2 + 2 𝑥 𝑦 + 𝑦 2 + 𝑥 2 − 2 𝑥 𝑦 + 𝑦 2 𝑥 2 + 𝑦 2 + 𝑥 2 + 𝑦 2 2 𝑥 + 2 𝑦 2 c) ||x + y||2 - ||x + y||2 = 4 <x, y> ( 𝑥 + 𝑦, 𝑥 + 𝑦 2 )2 − ( (𝑥 − 𝑦, 𝑥 − 𝑦))2 = 𝑥 + 𝑦, 𝑥 + 𝑦 - 𝑥 − 𝑦, 𝑥 − 𝑦 = 𝑥, 𝑥 + 𝑦 > + < 𝑦, 𝑥 + 𝑦 - [ 𝑥, 𝑥 − 𝑦 > + < −𝑦, 𝑥 − 𝑦 ] = 𝑥, 𝑥 + 𝑥, 𝑦 + 𝑦, 𝑥 + 𝑦, 𝑦 - [ 𝑥, 𝑥 - 𝑥, 𝑦 - 𝑦, 𝑥 ] = x 2 + 2 𝑧, 𝑦 + y 2 - x 2 + 2 𝑥, 𝑦 - y 2 =4 𝑥, 𝑦 ||x + y||2 - ||x + y||2 = 4 𝑥, 𝑦 EJERCICIOS 3.3-3.4 EJERCICIO Nº1 Sean A, B ⊂ 𝑹𝒏 demostrar que a) A⊂B→ 𝑨° ⊂ 𝑩° i) AC𝑅𝑛 , Sea X un punto inferior de A si ∃𝜀, 𝜀 > 0 Tal que 𝐴𝜀 𝐴 ⊂ 𝐴 Entonces 𝐴° ⊂ 𝐴 𝑖𝑖 )𝐵𝐶𝑅𝑛 Sea un punto inferior de B si ∃𝜀, 𝜀 > 0 Tal que 𝐵𝜀 𝐵 ⊂ 𝐴 Entonces 𝐵° ⊂ 𝐴 Si A ⊂ B → X que es puntoinferior de A también lo es de → 𝐴𝜀 𝐴 ⊂ 𝐵𝜀 𝐵 → 𝐴°𝐶𝐵° Por lo tanto A ⊂ B→ 𝐴° ⊂ 𝐵° i) A ⊂ B → 𝑨 𝑪 𝑩 A ⊂ 𝑅𝑛 , X e 𝑅𝑛 Se llama punto adherente de A si VG, G, Abierto tal que X ∈ G → G ∩ A ≠ 0 → X ∈ 𝐴 Si A ⊂ B → X también punto adherente de B y ∀𝐺 ; G abierto tal que X ∈ G → G ∩ B ≠ 0 → 𝑋 ∈ 𝐵 Como 𝑋 ∈ 𝐴 𝑦 𝑋 ∈ 𝐵 Entonces 𝐴 ⊂ 𝐵 por lo tanto A⊂ B → 𝐴 ⊂ 𝐵 EJERCICIOS 3.5-3.15 EJERCICIO Nº 1 Demuestre haciendo uso de la definición del limite a) 𝐥𝐢𝐦 𝒙,𝒚 =→(𝟎,𝟎) 𝒙𝟒+𝒚𝟒 𝒙𝟐+𝒚𝟐 = 𝟎 ∀𝜀 > 0 ∃𝛿 > 0 𝑡𝑎𝑙 𝑞𝑢𝑒 𝑥 ∈ 𝜇, 𝑥 = 𝑥1, 𝑥2 𝑥 − 0 2 + 𝑦 + 0 2 < 𝛿 → 𝑓 𝑥, 𝑦 − 0 < 𝜀 Debemos probar que ∃𝛿 > 0 tal que 𝑥2 + 𝑦2 < 𝛿 → 𝑥 < 𝛿 𝑦 𝑦 < 𝛿 𝑥4 + 𝑦4 𝑥2 + 𝑦2 = 𝑥4 + 𝑦4 𝑥2 + 𝑦2 ≤ 𝑥4 + 2𝑥2𝑦2 + 𝑦4 𝑥2 + 𝑦2 𝑥2 + 𝑦2 2 𝑥2 + 𝑦2 = 𝑥2 + 𝑦2 = 𝑥 2 + 𝑦 2 < 𝛿2 + 𝛿2 = 2𝛿2 = 𝜀 Entonces 𝛿2= 𝜀 2 → 𝛿 = 𝜀 2 b) 𝐥𝐢𝐦 𝒙,𝒚 →(𝟎,𝟎) 𝒙𝒔𝒆𝒏 𝟏 𝒚 + 𝒚𝒔𝒆𝒏 𝟏 𝒙 = 𝟎 (𝑥 − 0)2 + (𝑦 − 0)2 < 𝛿 (𝑥)2 + (𝑦)2 < 𝛿 → 𝑥𝑠𝑒𝑛 1 𝑦 + 𝑦𝑠𝑒𝑛 1 𝑥 < 𝜀 𝑥 < 𝛿, 𝑦 < 𝛿 𝑥 + 𝑦 < 𝜀 Entonces 𝛿 = 𝜀 c) 𝐥𝐢𝐦 𝒙,𝒚 →(𝟎,𝟎) 𝒙−𝟐 𝒙𝒚−𝟐𝒚 = 𝟏 (𝑥 − 2)2 + (𝑦 − 1)2< 𝛿 𝑓 𝑥, 𝑦 − 1 <𝜀 (𝑥 − 2)2 + (𝑦 − 1)2<𝛿 𝑥 − 2 < 𝛿 𝑦 − 1 < 𝛿 𝑓 𝑥, 𝑦 − 1 = (𝑥 − 2) 𝑦(𝑥 − 2) − 1 = 1 𝑦 − 1 = 1 − 𝑦 𝑦 < 𝛿 𝑦 𝛿 ≤ 1 2 → 𝑦 − 1 < 𝛿 < 1 2 𝑦 − 1 < 1 2 1- 𝑦 ≤ 𝑦 − 1 < 1 2 1 − 1 2 < 𝑦 1 2 < 𝑦 2 > 1 𝑦 - 𝑓 𝑥, 𝑦 − 1 < 𝛿 𝑦 < 𝑧𝛿 z↑ 𝛿 = 𝜀 → 𝛿 = 𝜀 𝑧 d)𝐥𝐢𝐦 𝒙,𝒚 →(𝟎,𝟎) (𝒙 − 𝟏) 𝟐 + (𝒚 + 𝟐)𝟐 = 𝟎 *∀ 𝜀 > 0 , ∃𝛿 > 0 tal que (𝑥 − 1)2 + (𝑦 + 2)2 < 𝛿 = 𝑥 − 1 < 𝛿 𝑦 𝑥 + 2 < 𝛿 = [(𝑥 − 1)2 + (𝑦 + 2)2] < 𝜀 -(𝑥 − 1)2 + (𝑦 + 2)2 = 𝑥 − 1 2 + 𝑦 + 2 2 < 𝛿2 + 𝛿2 = 2𝛿2 = 𝜀 = 𝛿2 = 𝜖 2 = 𝛿 = 𝜀 2 EJERCICIO N2 Determinar si existen: a) 𝐥𝐢𝐦(𝒙,𝒚)→(𝟎,𝟎) 𝒙𝒚−𝒙+𝒚 𝒙+𝒚 La función está definida en 𝑀 = 𝑅2 − { 0,0 } Haciendo 𝑀1 = { 𝑥, 0 𝑥 ∈ 𝑅, 𝑥 ≠ 0, 𝑝𝑢𝑛𝑡𝑜𝑠 𝑒𝑛 𝑒𝑗𝑒 x} 𝑀2 = { 0, 𝑦 𝑦 ∈ 𝑅, 𝑦 ≠ 0, 𝑝𝑢𝑛𝑡𝑜𝑠 𝑒𝑛 𝑒𝑗𝑒 y} 𝑀, 𝐶 𝑀 ^ 𝑀2 𝐶 𝑀 𝑒𝑛𝑡𝑜𝑛𝑐𝑒𝑠 𝐹 𝑒𝑠𝑡𝑎 𝑑𝑒𝑓𝑖𝑛𝑖𝑑𝑜 𝑒𝑛 𝑀, 𝑦 𝐹 𝑥, 0 = 𝑥(0) − 𝑥 + (0) 𝑥 + 0 = −𝑥 𝑥 = −1 Como 𝑭 𝒙, 𝟎 ≠ 𝑭(𝒚, 𝟎) No existe el límite b) lim(𝑥 ,𝑦)→(0,0) 𝑥𝑦2 𝑥2+𝑦4 F está definida en 𝑀 = 𝑅2 − { 0,0 } Si 𝑀1 = {(𝑥, 0) 𝑥 ∈ 𝑅, 𝑥 ≠ 0} 𝑀2 = {(0, 𝑦) 𝑦 ∈ 𝑅, 𝑦 ≠ 0} Como 𝑀1𝑀2 𝐶 𝑀, 𝐹 𝑒𝑠𝑡𝑎 𝑑𝑒𝑓𝑖𝑛𝑖𝑑𝑎 𝑒𝑛 𝑀, 𝑦 𝑀2 𝐹 𝑥, 0 = 𝑥(0)2 𝑥2 + (0)4 = 0 𝑥2 = 0 𝐹 0, 𝑦 = (0)(𝑦)2 (0)2 + (𝑦)4 = 0 𝑦2 = 0 Como 𝐹 𝑥, 0 = 𝐹(0, 𝑦) el límite existe y es igual a 0 c) 𝐥𝐢𝐦(𝒙,𝒚)→(𝟎,𝟎) 𝒙𝟐+𝒚 𝒙𝟐+𝒚𝟐 Si 𝑀1 = {(𝑥, 0) 𝑥 ∈ 𝑅 𝑥 ≠ 0} 𝑀1 = {(0, 𝑦) 𝑦 ∈ 𝑅 𝑦 ≠ 0 } Como 𝑀1y 𝑀2 ⊂ 𝑀, F está definida en 𝑀1 y 𝑀2 f 𝑥, 0 = 𝑥2+(0) 𝑥2+(0)2 = 𝑥2 𝑥2 = 1 f 0, 𝑦 = (𝑜)2+𝑦 (0)2+𝑦2 = 𝑦 𝑦2 = 1 𝑦 = ∞ Como f 𝑥, 𝑜 ≠ f 𝑜, 𝑦 límite no existe d) lim(𝒙,𝒚)→(𝟎,𝟎) 𝑥4+𝑦4 𝑥2+𝑦2 =0 𝑆𝑛= 1 𝑛 , 0 𝑉𝑛 = 0, 1 𝑛 f 𝑆𝑛 = 1 𝑛4 1 𝑛2 = 𝑛2 𝑛4 = 1 𝑛2 → 0 f 𝑉𝑛 = 1 𝑛4 1 𝑛2 = 𝑛2 𝑛4 = 1 𝑛2 → 0 Como f (𝑆𝑛), y f (𝑉𝑛) Convergen al mismo limite entonces el límite existe y es igual a 0 EJERCICIO Nº 3 Identificar las superficies siguientes. a) 𝑋2 + 4𝑌2 − 16𝑍2 = 0 𝑋2 + 4𝑌2 = 16𝑍2 𝑋2 16 + 4𝑌2 16 = 𝑍2 𝑋2 16 + 𝑦4 4 = 𝑍2Cono Cuadrático b) 𝑥2 + 4𝑦2 + 16𝑧2 = 12 𝑥2 12 + 4𝑦2 12 + 16𝑧2 12 = 1 𝑥2 12 + 𝑦2 3 + 4𝑧2 3 = 1 𝑥2 12 + 𝑦2 3 + 𝑧2 3 4 = 1 ELIPSOIDE e) 5𝑋2 + 2𝑌2 − 6𝑍210 = 0 5𝑋2 + 2𝑌2 − 6𝑍2 = 10 5𝑥2 10 + 2𝑦2 10 − 6𝑧2 10 = 1 𝑥2 2 + 𝑦2 5 − 𝑧2 5 3 = 1 Hiperboloide de una hoja g)𝑋2 + 𝑌2 + 𝑍2 − 4 = 0 𝑋2 + 𝑌2 + 𝑍2 = 4 𝑋2 4 + 𝑌2 4 + 𝑍2 4 = 1 Hiperboloide de una hoja h)5𝑋2 + 2𝑌2 − 6𝑍2 + 10 = 0Hiperboloide de 2 hojas 5𝑋2 + 2𝑌2 − 6𝑍2 = −10 5𝑋2 10 + 2𝑌2 10 − 6𝑍2 10 = −1 𝑋2 2 + 𝑌2 5 − 𝑍2 5 3 = −1 i)𝑥2 + 2𝑦2 − 4𝑧 = 0Paraboloide hiperbólico 𝑥2 + 2𝑦2 = 4𝑧 𝑥2 + 𝑦2 1 2 = 4𝑧 j)2𝑥2 − 3𝑦2 − 6 = 1Cilindro hiperbólico 2𝑥2 − 3𝑦2 = 7 2𝑥2 7 − 3𝑦2 7 = 1 𝑥2 7 2 − 𝑦2 7 3 = 1