Avanzado 2025 - Práctica 3 - Sucesiones

Tema: Sucesiones

Thu-27-03-2025 20:39 profe: Dario Martin Aza status: tags: Sucesiones


Ej 7 G1

AA es no vacío porque a∈Aa \in A y tiene cota superior(por ejemplo b∈Rb \in \mathbb{R} ) Por lo tanto existe x0=sup(A)x_{0}=sup(A) Sea x∈Ax \in A   ⟹  f(x)>x\implies f(x)>x x0x_{0} es cota superior de A,A, por lo que

x≤x0∀x∈Ax\leq x_{0}\quad \forall x \in A

Como ff creciente, f(x0)≥f(x)>x∀x∈Af(x_{0})\geq f(x)>x\quad\forall x \in A Entonces f(x0)f(x_{0}) es cota superior de AA (1) como x0=sup(A)  ⟹  x0≤f(x0)x_{0}=sup(A)\implies x_{0}\leq f(x_{0})

Sea ε>0\varepsilon>0, consideremos x0+ε>x0x_{0}+\varepsilon>x_{0}. Como ff es creciente tenemos que

f(x0+ε)≥f(x0)≥(1)x0f(x_{0}+\varepsilon)\geq f(x_{0})\underset{ (1) }{ \geq } x_{0}

Como x0+ε>x0=sup(A)x_{0}+\varepsilon>x_{0}=sup(A), tenemos que x0+ε∉Ax_{0}+\varepsilon \not\in A y entonces f(x0+ε)≤x0+εf(x_{0}+\varepsilon)\leq x_{0}+\varepsilon   ⟹  x0+ε≥f(x0+ε)≥f(x0)≥x0∀ε>0\implies x_{0}+\varepsilon\geq f(x_{0}+\varepsilon)\geq f(x_{0})\geq x_{0}\quad\forall\varepsilon>0 tal que x0+ε∈[a,b]x_{0}+\varepsilon \in[a,b] (salvo el caso cuando x0=bx_{0}=b ) Luego, basta tomar ε→0\varepsilon\to0 y obtenemos

x0≥f(x0)≥x0x_{0}\geq f(x_{0})\geq x_{0}

En caso de que x0=bx_{0}=b

Para todo n∈Nn\in \mathbb{N} existe an∈Aa_{n} \in A tal que b−1n<an≤bb- \frac{1}{n}<a_{n}\leq b

f(b)≥f(an)>an>b−1n∀n∈Nf(b)\geq f(a_{n})>a_{n}>b- \frac{1}{n}\quad \forall n \in \mathbb{N}   ⟹  f(b)>b−1n∀n∈N\implies f(b)> b- \frac{1}{n} \quad \forall n \in \mathbb{N}   ⟹  f(b)≥b\implies f(b)\geq b

y como f(b)∈[a,b]:f(b)≤bf(b)\in[a,b]:f(b)\leq b

∴ f(b)=b\therefore\: f(b)=b

Ejercicio clase pasada Pablo

Probó que entonces l≥xn∀n∈Nl\geq x_{n}\quad\forall n \in \mathbb{N} Como (xn)n∈N( x_{n} )_{n \in \mathbb{N}} es acotada y monótona entonces converge. Es decir,  ∃ l^∈R\:\exists\:\hat{l}\in \mathbb{R} tal que xn→l^x_{n}\to \hat{l}. Pero entonces xnk→l^x_{n_{k}}\to \hat{l} pues es subsucesión de (xn)n∈N( x_{n} )_{n \in \mathbb{N}} Por lo tanto l=l^l=\hat{l}


Ejercicio 1

Decidir si la sucesión

an=1n2+1n2+1+⋯+1n2+n⏟n + 1 cosasa_{n}=\underbrace{ \frac{1}{\sqrt{ n^{2} }}+\frac{1}{\sqrt{ n^{2}+1 }}+\dots+\frac{1}{\sqrt{ n^{2}+n }} }_{ \text{n + 1 cosas} }

es convergente.

Dem:Dem: Valen las siguientes cotas

an≥(n+1)⋅1n2+na_{n}\geq (n+1)\cdot \frac{1}{\sqrt{ n^{2}+n }} an≤(n+1)⋅1na_{n}\leq (n+1)\cdot \frac{1}{n} n+1n2+n≤an≤n+1n\frac{n+1}{\sqrt{ n^{2}+n }}\leq a_{n}\leq \frac{n+1}{n} 1≤lim⁡n→∞an≤11\leq \underset{ n\to \infty }{ \lim }a_{n}\leq 1

Por el lema del sandwich an→1a_{n}\to1


Ejercicio 2

Sea (xn)n∈N( x_{n} )_{n \in \mathbb{N}} una sucesión definida del siguiente modo:

xn+1=xn2+2xn+1, x1=5x_{n+1}=\frac{x_{n}^{2}+2}{x_{n}+1}\quad \quad ,\:x_{1}=5

Decidir si (xn)n∈N( x_{n} )_{n \in \mathbb{N}} es convergente y si lo es, calcular su límite.

Dem:Dem: Si xn→Lx_{n}\to L tendríamos que

L=lim⁡n→∞xn+1=lim⁡n→∞xn2+2xn+1=lim⁡n→∞L2+2L+1L=\underset{ n\to \infty }{ \lim } x_{n+1}=\underset{ n\to \infty }{ \lim } \frac{x_{n}^{2}+2}{x_{n}+1}=\underset{ n\to \infty }{ \lim } \frac{L^{2}+2}{L+1} L=L2+2L+1L2+L=L2+2L=2\begin{array}{c} L=\frac{L^{2}+2}{L+1} \\ \cancel{ L^{2} }+L=\cancel{ L^{2} }+2 \\ L=2 \end{array}

Afirmo que (xn)n∈N( x_{n} )_{n \in \mathbb{N}} es monótona y acotada. Tratemos de probar que xn+1<xn∀n∈Nx_{n+1}<x_{n}\quad\forall n \in \mathbb{N}

  ⟺  xn2+2<xn+1⋅(xn+1)<si xn+1<xnxn⋅(xn+1)=xn2+xn  ⟺  2<xn\iff x_{n}^{2}+2<x_{n+1}\cdot(x_{n}+1)\underset{ si\:x_{n+1}<x_{n} }{ < }x_{n}\cdot(x_{n}+1)=x_{n}^{2}+x_{n}\iff{2}<x_{n}

Luego basta ver que 2<xn∀n∈N2<x_{n}\quad\forall n \in \mathbb{N} para concluir que (xn)n∈N( x_{n} )_{n \in \mathbb{N}} es convergente. Probemos que 2<xn∀n∈N,2<x_{n}\quad\forall n\in \mathbb{N}, usando inducción. Supongamos que xn>2,x_{n}>2, queremos ver que

xn+1>2  ⟺  xn2+2xn+1>2  ⟺  xn2+2>2xn+2x_{n+1}>2\iff \frac{x_{n}^{2}+2}{x_{n}+1}>2\iff x_{n}^{2}+2>2x_{n}+2   ⟺  xn2>2xn  ⟺  xn>2\iff x_{n}^{2}>2x_{n}\iff x_{n}>2

Como (xn)n∈N( x_{n} )_{n \in \mathbb{N}} es monótona y acotada converge y luego xn→2.x_{n}\to{2}.


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