Sea A⊆R acotado superiormente y no vacío. Probar que si A no tiene máximo entonces existe (an)n∈N⊆A estrictamente creciente tal que ann→∞→sup(A)
Comentario
Una consideración, si el ejercicio no me pediría una sucesión estrictamente creciente podría tomar un n∈N tal que
s−n1<an∀n∈N
¿Como aseguro que an∈A∀n∈N ?
Como n1>0 , si considero ε=n1 por propiedad de supremo ∃an∈A∣s−ε<an
Así, afirmo que n→∞liman=s=sup(A)
Dado ε>0 tomo n0∈N tal que n01<ε que existe por arquimedianidad. Luego, si n≥n0:
∣an−l∣=∣an−s∣>∣(s−n1)−s∣=n1≤n01<ε
Como ε era arbitrario, queda que existe (an)n∈N⊆An→∞liman=s
Desarrollo de la idea
¿Ahora cómo salvo eso de que sea estrictamente creciente?
El problema con la consideración anterior es que no podes asegurar que
an−1<an∀n∈N(1)
Un escenario ideal sería que pasara esto:
Entonces si se cumpliría (1), pero esto no podemos asegurar que pasa. Pues a priori el an que generamos no tiene ninguna condición impuesta por nosotros para que sea no solo mayor a s−ε (que si lo hace por propiedad) sino también mayor al término anterior que generamos.
Un ejemplo sería este:
Acá generamos los términos de la sucesión cumpliendo que sean mayores a sus respectivos s−ε pero no cumplen an<an+1
Esto se arregla tomando ε de la siguiente manera:
ε=min{n1,s−an−1}
La manera de ilustrar esto sería:
Estoy por generar el término an, tengo que considerar un ε acorde a lo pedido y hasta ahora tengo esto:
Para asegurar que an−1<an debo elegir el mínimo de los 2 epsilons posibles.
Demostración
Dem:
Como A no tiene máximo entonces s=sup(A)∈A y por lo tanto a<s∀a∈A
Tomo un elemento a∈A, existe pues A=∅ . Por axioma de completitud existe s=sup(A)
Defino mi primer término de la sucesión como a1=a.
Defino mi sucesión de la siguiente manera:
Dado n∈N tomo an∈A tal que s−ε<an con ε=min{n1,s−an−1}
Afirmo:
La sucesión (an)n∈N es estrictamente creciente.
an<an+1∀n∈N
Dado n∈N, como ε≤s−an−1 entonces
s−ε≥s−(s−an−1)=an−1
Como fijé ε al tomar an tal que
s−ε<an
Me queda que
an−1≤s−ε<an
Como n era arbitrario
an−1<an∀n∈N
Afirmo n→∞liman=s
Dado ε>0, existe n0∈N tal que n01<ε
Por lo tanto s−ε<s−n01<an por construcción de la sucesión para todo n≥n0⟹s−an<ε
Así, si n≥n0:
∣an−s∣an<s=s−an<ε∀n∈N
Como ε era arbitrario, tengo que ∀ε>0∃n0∈N∣an−s∣<ε∀n≥n0
n→∞liman=sup(A)
Finalmente, existe (an)n∈N⊆A estrictamente creciente tal que an⟶sup(A)