Por otro lado, por Bolzano-Weierstrass
Si (xn)⊆R acotada en R⟹∃(xnk) convergente a un x∈R.
Obs:
Si (ynk) subsucesión de (yn)⟹∣xnk−ynk∣→0 y ynk→x
Como f continua ∃n,k1,k2∈N
∣f(xnk)−f(x)∣<2Ek≥k1∣f(ynk)−f(x)∣<2Ek≥k2
Si k≥max{k1,k2}
∣f(xnk)−f(ynk)∣≤2E+2E
Absurdo.
Caso 2:
(xn) no acotada.
Caso 2.1: No es acotada superiormente. Por ejercicio 13 practica 1: ∃xnk→+∞
Afirmo que ynk→+∞
Sea M>0, quiero ver que ∃k0∈Nk≥k0⟹ynk>M
Como xnk⟶+∞∃k1∈Nxnk>M+1
y como ∣xnk−ynk∣⟶0⟹∃k2∈N∣xnk−ynk∣<1∀k≥k2
Considero k0=max{k1,k2}
⟹∣ynk∣≥∣xnk∣−∣xnk−ynk∣>M+1−1=M∀k≥k0
[!infobox] Teorema: Continuidad Uniforme con Límites Nulos (Vía Sucesiones)
Contexto: Análisis Real / Sucesiones y Bolzano-Weierstrass.
Enunciado: Sea f:R→R continua tal que limx→±∞f(x)=0. Entonces f es uniformemente continua.
Clave: Demostración por absurdo. Si no fuera U.C., existirían sucesiones próximas con imágenes separadas. Separamos en caso acotado (Bolzano-Weierstrass) y no acotado (Límites al infinito).
Demostración Formal
Procedemos por reducción al absurdo.
Supongamos que fno es uniformemente continua.
Entonces existe un E>0 y existen dos sucesiones (xn)n∈N,(yn)n∈N⊆R tales que:
∣xn−yn∣→0 cuando n→∞.
∣f(xn)−f(yn)∣≥E para todo n∈N.
Analizamos el comportamiento de la sucesión (xn):
Caso 1: (xn) es acotada
Si (xn) es acotada, por el Teorema de Bolzano-Weierstrass, existe una subsucesión (xnk) convergente a un punto x0∈R.
xnk→x0
Veamos qué pasa con la subsucesión correspondiente (ynk):
∣ynk−x0∣≤∣ynk−xnk∣+∣xnk−x0∣
Como ambos términos de la derecha tienden a 0, concluimos que ynk→x0.
Por la continuidad de f en el punto x0:
k→∞lim∣f(xnk)−f(ynk)∣=∣f(x0)−f(x0)∣=0
Esto contradice la hipótesis de que ∣f(xnk)−f(ynk)∣≥E>0. (Absurdo).
Caso 2: (xn) no es acotada
Si (xn) no es acotada, admite una subsucesión que diverge a +∞ o a −∞ (Ejercicio de práctica: toda sucesión no acotada tiene una subsucesión monótona divergente).
Supongamos sin pérdida de generalidad (el caso −∞ es análogo) que existe una subsucesión tal que:
xnk→+∞
Paso 2.1: Comportamiento de (ynk)
Probamos que ynk→+∞.
Dado que ∣xn−yn∣→0, para k suficientemente grande, ∣xnk−ynk∣<1.
Tomando límite cuando k→∞, como xnk→+∞, entonces ynk→+∞.
Paso 2.2: Contradicción con los límites de la función
Por hipótesis del enunciado, sabemos que limx→+∞f(x)=0.
Aplicando esto a nuestras sucesiones divergentes:
k→∞limf(xnk)=0yk→∞limf(ynk)=0
Por lo tanto:
k→∞lim∣f(xnk)−f(ynk)∣=∣0−0∣=0
Nuevamente, esto contradice que ∣f(xnk)−f(ynk)∣≥E. (Absurdo).
Conclusión:
La suposición inicial es falsa. Por lo tanto, f es uniformemente continua en R. ■