Avanzado-Práctica 13 - Repaso 1er Parcial

Tema: Repaso 1er Parcial

Tue-08-10-2024 12:08 profe: Mauro status: tags: Compacidad


Ejercicios de parcial

Ejercicio 1

a)

Si para todo aAa \in A existe bBb \in B tal que aba\leq b, entonces sup(A)sup(B)sup(A)\leq sup(B).

Dem:Dem: aAbB:absup(B)\forall a\in A\:\exists\:b\in B:a\leq b\leq sup(B) aA:asup(B)\forall a\in A:a\leq sup(B) Supongo que sup(A)Csup(A)\leq C para toda CC cota superior. Luego sup(A)sup(B)sup(A)\leq sup(B)

b)

Si inf(A)<sup(A)    A={inf(A),sup(A)}inf(A)<sup(A)\implies A=\{inf(A),sup(A)\} Falso

Dem:Dem: Contraejemplo: A={1,2,3}A=\{ 1,2,3 \}

  • inf(A)=1inf(A)=1
  • sup(A)=3sup(A)=3     A{1,3}\implies A\neq \{ 1,3 \}

Ejercicio 2

Sea X={(x,y,z)R3:xQ,yRQ,zNpar}X=\{ (x,y,z)\in \mathbb{R}^3:x \in \mathbb{Q},y \in \mathbb{R}\setminus \mathbb{Q},z\in \mathbb{N} \:par \} Probar que existe g:XR2g:X\to \mathbb{R}^{2} biyectiva.

Dem:Dem: Tengo que #R=#R2=#R3\#\mathbb{R}=\#\mathbb{R}^{2}=\#\mathbb{R}^{3} Veo que XR3    #X#R3X\subseteq\mathbb{R}^3\implies\#X\leq\#\mathbb{R}^3 Sea f:RXf:\mathbb{R}\to X inyectiva.

f(x)={(0,2,2)x=0(x,2,0)xQ(0,x,0)xRQf(x)=\begin{cases} (0,\sqrt{ 2 },2) & x=0 \\ (x,\sqrt{ 2 },0) & x \in \mathbb{Q} \\ (0,x,0) & x \in \mathbb{R}\setminus \mathbb{Q} \end{cases}

También sirve dejar las dos últimas y en la primera dejar un 2 en la 3ra coordenada.

f(x)={(x,2,2)xQ(0,x,0)xRQf(x)=\begin{cases} (x,\sqrt{ 2 },2) & x \in \mathbb{Q} \\ (0,x,0) & x \in \mathbb{R}\setminus \mathbb{Q} \end{cases}

Veo inyectividad: Si xyx\neq y

  • x,yQ:x,y \in \mathbb{Q}: f(x)=(x,2,2)(y,2,2)=f(y)    f(x)f(y)f(x)=(x,\sqrt{ 2 },2)\neq(y,\sqrt{ 2 },2)=f(y)\implies f(x)\neq f(y)

  • x,yRQx,y \in \mathbb{R}\setminus \mathbb{Q}: (0,x,0)(0,y,0)    f(x)f(y)(0,x,0)\neq(0,y,0)\implies f(x)\neq f(y)

  • S.p.d.g. xQ,yRQ    (x,2,2)(0,y,0)x \in \mathbb{Q},y \in \mathbb{R}\setminus \mathbb{Q}\implies(x,\sqrt{ 2 },2)\neq(0,y,0) pues 202\neq0

  • Análogo yQ,xRQy \in \mathbb{Q},x \in \mathbb{R}\setminus \mathbb{Q} f\therefore\:f inyectiva     #R#X\implies\#\mathbb{R}\leq\#X

Luego #X=#R\#X=\#\mathbb{R}. Existe biyección. En particular existe g.g.


Ejercicio 3

Sea E={fC([0,1]):f(x)>0x[0,1]}E=\{ f \in C([0,1]):f(x)>0\quad\forall x \in[0,1] \} con métrica dd_{\infty}. Consideremos la función I:EE\mathcal{I}:E\to E dada por:

I(f)(x)=1f(x)\mathcal{I}(f)(x)= \frac{1}{f(x)}

Probar que I\mathcal{I} es continua, pero no uniformemente continua- -->0:0 Dem:Dem: Queremos acotar, dado E>0\mathcal{E}>0: d(I(f)I(g))<Ed_{\infty}(\mathcal{I}(f)-\mathcal{I}(g))<\mathcal{E} Fijemos ff y E>0\mathcal{E}>0 y busquemos δ\delta. Sea gg cualquiera.

d(I(f)I(g))=maxx1f(x)1g(x)d_{\infty}(\mathcal{I}(f)-\mathcal{I}(g))=max_{x}\left| \frac{1}{f(x)}- \frac{1}{g(x)}\right|

Por otro lado tengo que

g(x)f(x)f(x)g(x)=g(x)f(x)f(x).g(x)d(f,g)f(x).(f(x)δ)δα(αδ)<E\left| \frac{g(x)-f(x)}{f(x)g(x)}\right|= \frac{|g(x)-f(x)|}{|f(x)|.|g(x)|}\leq \frac{d_{\infty}(f,g)}{|f(x)|.(|f(x)|-\delta)}\leq \frac{\delta}{\alpha(\alpha-\delta)}<\mathcal{E}

De esto ultimo deducimos δ\delta Podemos pedir δ<α2\delta< \frac{\alpha}{2} donde α=minx{f(x)}\alpha=min_{x}\{ f(x) \} Luego :

δα.α2<E    δ<E.α22    δ<α2\frac{\delta}{\alpha. \frac{\alpha}{2}}<\mathcal{E}\implies\delta<\mathcal{E}. \frac{\alpha^{2}}{2}\implies\delta< \frac{\alpha}{2}

Ahora la demo bien escrita sería:

Veamos continuidad de I\mathcal{I}. Para esto fijemos fEf \in E y E>0\mathcal{E}>0 y sea α=minx{f(x)}>0\alpha=min_{x}\{ f(x) \}> 0 Sea δ=min{α2,E.α22}\delta=min\left\{ \frac{\alpha}{2}, \mathcal{E}. \frac{\alpha^{2}}{2} \right\} Este es el que me sirve.

Si d(f,g)<δd_{\infty}(f,g)<\delta, entonces f(x)g(x)<δ|f(x)-g(x)|<\delta

δ<f(x)g(x)<δf(x)δ<g(x)xf(x)δf(x)α2α2>0\begin{array}{c} -\delta<f(x)-g(x)<\delta \\ f(x)-\delta<g(x) \quad \forall x\\ f(x)-\delta\geq f(x)- \frac{\alpha}{2}\geq \frac{\alpha}{2}>0 \end{array}

Entonces estamos en condiciones de acotar d(I(f),I(g))d_{\infty}(\mathcal{I}(f),\mathcal{I}(g)) Para cualquier x:x:

I(f)(x)I(g)(x)=1f(x)1g(x)=g(x)f(x)f(x).g(x)d(f,g)α.(f(x)δ)<δα22E.α22α22=E|\mathcal{I} (f)(x)-\mathcal{I} (g)(x)|=\left| \frac{1}{f(x)}- \frac{1}{g(x)}\right|= \frac{|g(x)-f(x)|}{f(x).g(x)}\leq \frac{d_{\infty}(f,g)}{\alpha.(f(x)-\delta)}< \frac{\delta}{ \frac{\alpha^{2}}{2}}\leq \frac{\mathcal{E}. \frac{\alpha^{2}}{2}}{\frac{\alpha^{2}}{2} }=\mathcal{E}

Como queríamos. Como vale x\forall x, en particular también vale para el máximo. entonces:

d(I(f),I(g))<Ed_{\infty}(\mathcal{I}(f),\mathcal{I} (g) )<\mathcal{E}

Pero no es uniformemente continua. Si lo fuera, para E=1\mathcal{E}=1

δ>0d(f,g)<δ    d(I(f),I(g))<1\:\exists\:\delta>0\:|\: d_{\infty}(f,g) <\delta\implies d_{\infty}(\mathcal{I} (f),\mathcal{I} (g))<1

Sean ff y gg constantes

11f1g=fgf.gδ2f.gδ2f2    f2δ21\geq \left| \frac{1}{f}- \frac{1}{g} \right|= \frac{f-g}{f.g}\geq \frac{ \frac{\delta}{2}}{f.g}\geq \frac{ \frac{\delta}{2}}{f^{2}}\implies f^{2}\geq \frac{\delta}{2}

g=fδ2g=f- \frac{\delta}{2}

Quiero negar esto

Llegamos al absurdo: Suponemos que es uniformemente continua, es decir:

-->28:50 Supongamos que existe δ>0\delta>0 Sea δ=min{δ,1}\delta'=min\{ \delta,1 \} -->5:57 f=δ2f=\sqrt{ \frac{\delta'}{2} } g=δ2δ2>0g= \sqrt{ \frac{\delta'}{2} }-\frac{\delta'}{2}>0 Luego pasa que d(f,g)<δd_{\infty}(f,g)<\delta

d(I(f)I(g))=1f1g=fgf.gδ2f(fδ2)=δ2f2=1d_{\infty}(\mathcal{I} (f)-\mathcal{I} (g))=| \frac{1}{f}- \frac{1}{g}|= \frac{|f-g|}{f.g}\geq \frac{\frac{\delta'}{2}}{f\left( f- \frac{\delta}{2} \right)}= \frac{ \frac{ \delta'}{2}}{f^{2}}= 1

Llegue a que d(I(f)I(g))=1d_{\infty}(\mathcal{I}(f)-\mathcal{I}(g))=1. Absurdo pues tenia que era uniformemente continua.

Por lo tanto, I\mathcal{I} es continua pero no uniformemente continua.


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