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¿Por qué una expresión "menor que" se convierte en una expresión "menor o igual que" después de tomar un límite?

En una prueba de la integridad de $l^\infty$ en este página, el autor encuentra un punto límite candidato $x$ para una secuencia cauchy $x^n$ . A continuación, elige un $\varepsilon$ y luego considera $\varepsilon/2$ y dice que podemos encontrar $N > 0$ tal que $$|x_k^n - x_k^m | < \frac{\varepsilon}{2},$$ para todos $k$ y para todos $n, m > N$ .

Entonces toma el límite como $m \to \infty$ y obtiene $$|x_k^n - x_k| \le \frac{\varepsilon}{2},$$ para todo k y para $n > N$ .

Pregunta

No veo cómo esto se ha convertido en una expresión menos que o igual a en contraposición a la expresión original menos que? Aquí están mis trabajos detallados:

Para $n, m > N$ tenemos

$ \begin{align} |x_k^n - x_k^m| & < \frac{\varepsilon}{2} \\ \lim_{m \to \infty} |x_k^n - x_k^m| & < \lim_{m \to \infty} \frac{\varepsilon}{2} \\ |x_k^n - \lim_{m \to \infty} x_k^m| & < \frac{\varepsilon}{2} \\ |x_k^n - x_k| & < \frac{\varepsilon}{2} \\ \end{align} $

¿Me he perdido algo o el autor está equivocado? ¿En qué parte de mi trabajo he cometido un error si es que estoy equivocado?

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Clement C. Puntos 16603

El autor tiene razón. Tristemente, estricto las desigualdades no se conservan al tomar el límite. Se convierten en débil desigualdades en general.

Consideremos un ejemplo sencillo: la secuencia $(a_n)_{n\geq 1}$ definido por $a_n = \frac{1}{n}$ . Claramente, tenemos $a_n > 0$ para todos $n\geq 1$ . Sin embargo, tomando el límite, $$ \lim_{n\to\infty} a_n = 0 $$ por lo que la desigualdad estricta "muere".

Se puede ver que ocurre en ocurrencias relacionadas, tal vez más simples de entender - por ejemplo con el supremum de un conjunto. El sumo de $S=[0,1)$ es $1$ aunque cada elemento $s\in S$ es estrictamente más pequeño que $1$ . Este es exactamente el mismo fenómeno: si su secuencia tiene elementos que se acercan arbitrariamente "a la desigualdad estricta", entonces el límite no puede satisfacer también la desigualdad estricta. De lo contrario, todavía habría elementos de la secuencia que permanecerían acotados lejos del límite ("cerca" del lado derecho de la desigualdad).

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