G5-Ej.12b
[!infobox] Teorema: Continuidad Uniforme con Límites Nulos Contexto: Análisis Real / Continuidad Uniforme. Enunciado: Sea una función continua tal que . Entonces, es uniformemente continua en todo . Clave: Se utiliza la técnica de partición del dominio: control por acotación en las "colas" y Teorema de Heine-Cantor en un compacto ampliado.
Demostración Rigurosa
Sea arbitrario. Debemos encontrar tal que para todo , si .
1. Control en el infinito (Acotación) Por hipótesis, . Por definición de límite, existe un suficientemente grande tal que:
2. Control en el compacto (Heine-Cantor) Consideremos el intervalo cerrado y acotado . Dado que es continua en , es continua en . Como es un conjunto compacto, por el Teorema de Heine-Cantor, es uniformemente continua en . Por tanto, existe un tal que para todo :
3. Elección del global Definimos . Sean tales que . Analizamos los casos posibles:
- Caso A: Al menos uno de los puntos está en . Supongamos sin pérdida de generalidad que . Como , la distancia máxima de al origen es:
Esto implica que tanto $x$ como $y$ pertenecen al intervalo ampliado $I = [-K-1, K+1]$.
Aplicando la continuidad uniforme en $I$ (Paso 2):
- Caso B: Ninguno de los puntos está en . Esto significa que y . Ambos puntos están en las "colas" de la función. Aplicando la cota del Paso 1 y la desigualdad triangular:
Conclusión: En cualquiera de los casos, se cumple que . Por lo tanto, es uniformemente continua en .