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 aAa \in A y tiene cota superior(por ejemplo bRb \in \mathbb{R} ) Por lo tanto existe x0=sup(A)x_{0}=sup(A) Sea xAx \in A     f(x)>x\implies f(x)>x x0x_{0} es cota superior de A,A, por lo que

xx0xAx\leq x_{0}\quad \forall x \in A

Como ff creciente, f(x0)f(x)>xxAf(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)    x0f(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+εf(x0+ε)f(x0)x0ε>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 ε0\varepsilon\to0 y obtenemos

x0f(x0)x0x_{0}\geq f(x_{0})\geq x_{0}

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

Para todo nNn\in \mathbb{N} existe anAa_{n} \in A tal que b1n<anbb- \frac{1}{n}<a_{n}\leq b

f(b)f(an)>an>b1nnNf(b)\geq f(a_{n})>a_{n}>b- \frac{1}{n}\quad \forall n \in \mathbb{N}     f(b)>b1nnN\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 lxnnNl\geq x_{n}\quad\forall n \in \mathbb{N} Como (xn)nN( x_{n} )_{n \in \mathbb{N}} es acotada y monótona entonces converge. Es decir, l^R\:\exists\:\hat{l}\in \mathbb{R} tal que xnl^x_{n}\to \hat{l}. Pero entonces xnkl^x_{n_{k}}\to \hat{l} pues es subsucesión de (xn)nN( 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+nn + 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+nann+1n\frac{n+1}{\sqrt{ n^{2}+n }}\leq a_{n}\leq \frac{n+1}{n} 1limnan11\leq \underset{ n\to \infty }{ \lim }a_{n}\leq 1

Por el lema del sandwich an1a_{n}\to1


Ejercicio 2

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

Dem:Dem: Si xnLx_{n}\to L tendríamos que

L=limnxn+1=limnxn2+2xn+1=limnL2+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)nN( x_{n} )_{n \in \mathbb{N}} es monótona y acotada. Tratemos de probar que xn+1<xnnNx_{n+1}<x_{n}\quad\forall n \in \mathbb{N}

    xn2+2<xn+1(xn+1)<sixn+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<xnnN2<x_{n}\quad\forall n \in \mathbb{N} para concluir que (xn)nN( x_{n} )_{n \in \mathbb{N}} es convergente. Probemos que 2<xnnN,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)nN( x_{n} )_{n \in \mathbb{N}} es monótona y acotada converge y luego xn2.x_{n}\to{2}.


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