4 votos

Demostración de que si una función tiene un límite para x grande, entonces la función está acotada.

Necesito ayuda para confirmar si mi prueba está aprobada o no. Sigue como:

Reclamación : Dejemos que $f: [a,\infty) \mapsto \mathbb{R}$ donde $f$ es continua. Si $\exists \lim_{x \rightarrow\infty}f(x)=L$ para algunos $L\in \mathbb{R}$ entonces la función $f$ debe estar acotado.

Prueba : Supongamos que $f$ no está acotado. Entonces, para demostrar la afirmación anterior, esta suposición debe darnos que $\nexists \lim_{x \rightarrow\infty}f(x)=L$ .

Si $f$ no está acotado en $[a,\infty)$ entonces $\nexists C \in \mathbb{R} | f(x) \leq C, \forall x \in [a,\infty)$ .

En otros términos, $\forall N > 0, \exists \omega \geq a | \forall x\in [a,\infty), x > \omega \Rightarrow f(x) > N$

o

$\forall N < 0, \exists \omega \geq a | \forall x\in [a,\infty), x > \omega \Rightarrow f(x) < N$

Pero la afirmación anterior, es equivalente a la afirmación:

$\lim_{x \rightarrow\infty}f(x)=\infty$ y $\exists \lim_{x \rightarrow\infty}f(x)=-\infty$ respectivamente.

Pero entonces esto equivale a $\nexists \lim_{x \rightarrow\infty}f(x)=L$

Por lo tanto, como hemos demostrado el enunciado contrapositivo, la afirmación debe ser cierta.

$\blacksquare$


Me encantaría que compartieras algunos consejos para mejorar, y quizás compartir tus propias pruebas, para que podamos discutirlas juntos. Gracias.

6voto

SiongthyeGoh Puntos 61

Parece que no has tenido en cuenta la magnitud oscilante y creciente.

Podemos encontrar $\omega > a$ tal que para $x > \omega$ , $|f(x) - L| \le 1$ Desde aquí, puede obtener un límite de $f$ en $(\omega, \infty)$ .

Además, existe un famoso resultado que afirma que la función continua sobre un conjunto compacto, $[a, \omega]$ alcanza su máximo y su mínimo. Combinando estas dos partes, deberías poder demostrar que está acotada.

3voto

Atsana Puntos 13

La cuarta línea de la prueba es incorrecta. Piensa en una función no acotada que se menea hacia arriba y hacia abajo.

Personalmente, creo que una prueba directa es más sencilla. He aquí una de esas pruebas: Dado que $\lim_{x\rightarrow\infty} f(x) = L$ existe un $N>0$ tal que $f(x) \in (L-1, L+1)$ para todos $x\ge N$ . Por otra parte, dado que $f$ es continua y $[a,N]$ es compacto, $f$ alcanza un máximo y un mínimo en $[a,N]$ (por ejemplo, véase este puesto ). Por lo tanto, tenemos que $$D := \min_{a\in [a,N]} f(x) > -\infty\quad\text{and} \quad U := \max_{x\in [a,N]} f(x)<\infty.$$ De ello se desprende que $\min\{L-1, D\}\le f(x) \le \max\{L+1, U\}$ para todos $x\in [a,\infty)$ . Por lo tanto, $f$ está acotado (por arriba y por abajo).

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