Avanzado-Práctica 1- Supremos

Tema: Supremos

tags : Supremos e ínfimos

Ejercicio 1

Dado A⊆Z no vacıˊo y acotado superiormente, sucede que sup(A)∈A.\\ \begin{array}{l} \text{Dado $A \subseteq \mathbb{Z}$ no vacío y acotado superiormente, sucede que $sup(A) \in A$.} \end{array} \\

Dem:Dem:

Supongo que s=sup(A)∉As=sup(A)\not\in A: Considero s−ϵs-\epsilon con ϵ=12\epsilon=\frac{1}{2}. Entonces ∃a∈A∣s−ϵ<a\exists a \in A|s-\epsilon<a. Ahora tomemos otro a′a' de modo que ϵ1=s−a>0\epsilon_{1}=s-a>0o pues s>as>a. Entonces ∃a′∣s−ϵ1<a′  ⟹  a<a′\exists a'|s-\epsilon_{1}<a' \implies a<a': Tenemos que s−12<a<a′<ss-\frac{1}{2}<a<a'<s Además a′∈{a+1,a+2,… }a'\in\{a+1,a+2,\dots\} Usamos que la diferencia entre aa y a′a' es al menos 1:

1≤∣a′−a∣=a′>aa′−a<a>s−12a′−s+12<s−s+12<121\leq |a'-a|\underset{a'>a}{=}a'-a\underset{a>s- \frac{1}{2}}{<}a'-s+\frac{1}{2}<s-s+\frac{1}{2}< \frac{1}{2} 1≤∣a′−a∣<121\leq |a'-a|< \frac{1}{2}

Absurdo, por lo tanto s=sup(A)∈As=sup(A) \in A


Ejercicio 2

Para todo x∈R,∃!n∈Z:n≤x<n+1 \begin{array}{l} \text{Para todo $x \in \mathbb{R}, \exists!n \in \mathbb{Z}:n\leq x<n+1$ } \end{array}

Dem:Dem:

Vamos a considerar el conjunto A={k∈Z:k≤x}A= \{ k \in \mathbb{Z}:k\leq x \}

(i)(i)

Resulta que AA es acotado superiormente y no vacío   ⟹  \implies Existe un supremo nn de AA. Y como A⊆Z  ⟹  n∈AA \subseteq \mathbb{Z} \implies n \in A. Y por def. de AA : n≤xn\leq x Solo falta ver x<n+1x<n+1

(ii)(ii)

Vamos por absurdo, supongamos que:

n+1≤xn+1\leq x

Por def. de AA pasa que n+1∈An+1 \in A y por la propiedad de que Z\mathbb{Z} es cerrado bajo la suma:

n+1∈Zn+1 \in \mathbb{Z}

Pero como nn es supremo de AA también tenemos que :

n+1<nn+1<n

Absurdo, concluimos que

x<n+1x< n+1

Finalmente probamos que

n≤x<n+1n\leq x<n+1

Nos queda ver si nn es único. Consideremos que existen mm y nn diferentes que cumplen la propiedad.

  • Si pasa n<m:n<m: Por un lado tenemos
n≤x<n+1n\leq x<n+1

Además

n+1≤m  ⟹  x<n+1≤m  ⟹  x<mn+1\leq m \implies x<n+1\leq m \implies x<m

Pero teníamos que

m≤xm\leq x

pues mm cumplía la propiedad. Llegamos a una contradicción, por lo tanto debe pasar que

n≥m(1)n\geq m\tag{1}

Análogamente con el caso n>mn>m. Llegamos a que

m≥n(2)m\geq n\tag{2}

Por lo tanto, por (1)(1) y (2)(2) tengo que

m=nm=n

Luego, nn es único.

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

Ejercicio 3

Consideramos

A={x∈Q:x≤2}A=\{ x \in \mathbb{Q}:x\leq \sqrt{ 2 } \}

Hallar el supremo. ¿Existe máximo?

Dem:Dem:

Considero que el supremo es 2\sqrt{ 2 }. Cumple que es cota superior por definición de AA. Veamos si cumple ii)ii) de la equivalencia 1)1):

Sea E>0\mathcal{E}>0 2−E<2\sqrt{ 2 }-\mathcal{E}<\sqrt{ 2 }. Entonces por ejercicio 2b Práctica 1 existe r∈Qr\in \mathbb{Q} tal que:

2−E<r<2\sqrt{ 2 }-\mathcal{E}<r<\sqrt{ 2 }

Con lo cual vemos que 2\sqrt{ 2 } cumple ii)Equiv1)ii) Equiv 1). Entonces es supremo. Como 2\sqrt{ 2 } es irracional   ⟹  2∉A  ⟹  ∄\implies \sqrt{ 2 }\not\in A \implies \not\exists máximo.

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