G1-E2

Ejercicio a)

Sean x,y∈Rx, y \in \mathbb{R} tales que y−x>1y - x > 1. Pruebe que existe un entero entre xx e yy.

Dem:Dem: Sean x,y∈Rx, y \in \mathbb{R} tales que y−x>1y - x > 1. Defino el conjunto A={k∈Z:k≤y}A=\{ k\in \mathbb{Z}:k\leq y \}

  • AA es acotado superiormente (yy es cota superior de AA )
  • y no vacío ya que Z\mathbb{Z} no está acotado inferiormente (pues −N-\mathbb{N} no está acot. inf.) Por lo tanto, por el axioma de completitud, AA tiene supremo s=sup(A)s=sup(A). Más aún, s∈As \in A. Por lo tanto s∈Zs \in \mathbb{Z}

Esto está demostrado en la practica 1 2C2024. Es por absurdo

Como s∈A  ⟹  s≤ys \in A\implies s\leq y. (1) Como s∈Z  ⟹  s+1∈Z  ⟹  s+1>ys \in \mathbb{Z}\implies s+1\in \mathbb{Z}\implies s+1>y pues si no se cumpliera, ss no sería supremo. Con esto último tengo que y<s+1y<s+1 y por hipótesis x+1<yx+1<y
Entonces

x+1<y<s+1  ⟺  x<s(2)x+1<y<s+1\iff x<s \tag{2}

Por lo tanto, por (1) y (2):

x<s≤yx<s\leq y

Como s∈Zs \in \mathbb{Z}, existe un entero entre xx e yy

□\quad \quad \quad \quad \quad \quad \quad \quad \quad \quad \quad \quad \quad \quad \quad \quad \quad \quad \quad \quad \quad \quad \quad \quad \quad \quad \quad \quad \quad \quad \quad \quad \quad \quad \quad \quad \quad \quad \square

Ejercicio b)

Sean x,y∈Rx, y \in \mathbb{R} tales que x<yx < y. Pruebe que existe un racional entre xx e yy.

Dem:Dem: Dados x,y∈Rx,y \in \mathbb{R}. Analizo 2 casos posibles:

  1. Si la diferencia entre ambos números es mayor a 1, uso el item anterior. Es decir, si y−x>1y-x>1 entonces  ∃ z∈Z:x<z≤y\:\exists\:z \in \mathbb{Z}:x<z\leq y . Entonces puedo tomar como racional zz.

    Tambien podría haber tomado q=z+y2q=\frac{z+y}{2} o q=2⋅z2q=\frac{2\cdot z}{2}

  2. Si y−x≤1y-x\leq1: Como y−x∈Ry-x \in \mathbb{R} entonces por arquímedianidad  ∃ n0∈N ∣ 1n0<y−x  ⟺  n0⋅y−n0⋅x>1\:\exists\:n_{0}\in \mathbb{N}\:|\: \frac{1}{n_{0}}<y-x \iff n_{0}\cdot y-n_{0}\cdot x>1 Luego vuelvo a usar la propiedad del item 2.a), existe entero zz tal que
n0⋅x<z≤n0⋅yn_{0}\cdot x<z\leq n_{0}\cdot y x<zn0≤yx< \frac{z}{n_{0}}\leq y

Entonces existe racional zn0\frac{z}{n_{0}} entre xx e yy.

□\quad \quad \quad \quad \quad \quad \quad \quad \quad \quad \quad \quad \quad \quad \quad \quad \quad \quad \quad \quad \quad \quad \quad \quad \quad \quad \quad \quad \quad \quad \quad \quad \quad \quad \quad \quad \quad \quad \square

Ejercicio c)

Sean x,y∈Qx, y \in \mathbb{Q} tales que x<yx < y. Pruebe que existe un irracional entre xx e yy.

Dem:Dem:

Como x−2,y−2∈Rx-\sqrt{ 2 },y-\sqrt{ 2 }\in \mathbb{R} por item 2.b) existe racional q∈Q ∣ q \in \mathbb{Q}\:|\:

x−2<q<y−2x-\sqrt{ 2 }<q<y-\sqrt{ 2 }

Sumando 2\sqrt{ 2 } a la desigualdad

x<q+2<yx<q+\sqrt{ 2 }<y

Como q+2q+\sqrt{ 2 } es irracional, entonces existe un irracional entre xx e yy. Como se quería demostrar.

□\quad \quad \quad \quad \quad \quad \quad \quad \quad \quad \quad \quad \quad \quad \quad \quad \quad \quad \quad \quad \quad \quad \quad \quad \quad \quad \quad \quad \quad \quad \quad \quad \quad \quad \quad \quad \quad \quad \square

Ejercicio d)

Sean x,y∈Rx, y \in \mathbb{R} tales que x<yx < y. Pruebe que existe un irracional entre xx e yy.

Dem:Dem: La idea es generar dos racionales q1q_{1} y q2q_{2} con la propiedad 2.b). Para luego generar un irracional rr utilizando la propiedad 2.c) Consideramos que como Q⊆R\mathbb{Q}\subseteq \mathbb{R} entonces un racional también es un real.

Usamos propiedad 2.b):

  • Como x,y∈Rx,y \in \mathbb{R} entonces  ∃ q1∈Q:x<q1<y\:\exists\:q_{1}\in \mathbb{Q}:x<q_{1}<y
  • Como q1,y∈Rq_{1},y \in \mathbb{R} entonces  ∃ q2∈Q:q1<q2<y\:\exists\:q_{2}\in \mathbb{Q}:q_{1}<q_{2}<y Usamos propiedad 2.c) Luego q1,q2∈Qq_{1},q_{2}\in \mathbb{Q} entonces  ∃ r∈R∖Q:q1<r<q2\:\exists\:r \in \mathbb{R}\setminus \mathbb{Q}:q_{1}<r<q_{2}

Tenemos que

x<q1∧q2<yx<q_{1}\land q_{2}<y

Por lo tanto

 ∃ r∈R∖Q:x<r<y\:\exists\:r \in \mathbb{R}\setminus \mathbb{Q}:x<r<y □\quad \quad \quad \quad \quad \quad \quad \quad \quad \quad \quad \quad \quad \quad \quad \quad \quad \quad \quad \quad \quad \quad \quad \quad \quad \quad \quad \quad \quad \quad \quad \quad \quad \quad \quad \quad \quad \quad \square