Granica ciągu rosnącego jako supremum zbioru jego wyrazów

Własności ciągów i zbieżność, obliczanie granic. Twierdzenia o zbieżności.
Awatar użytkownika
Zaratustra
Użytkownik
Użytkownik
Posty: 182
Rejestracja: 24 lut 2015, o 16:10
Płeć: Mężczyzna
Lokalizacja: Polska
Podziękował: 68 razy
Pomógł: 6 razy

Granica ciągu rosnącego jako supremum zbioru jego wyrazów

Post autor: Zaratustra »

Jest mi "potrzebny" fakt, który wydaje mi się intuicyjnie prawdziwy, ale nie potrafię go wykazać
I mnie to drażni. Pewnie to jest "oczywiste"... mam nadzieję, że nie jest bzdurą xD

Założenia:
\(\displaystyle{ a_n\leq a_{n+1},n\in\mathbb{N}}\) oraz \(\displaystyle{ \lim_{n\to\infty}a_n=a}\).
Hipoteza:
\(\displaystyle{ a=\sup\left\{a_n\colon n\in\mathbb{N}\right\}}\).

Naskrobałem sobie na szybko tak:
Starczyłoby pokazać, że \(\displaystyle{ a_n\leq a,n\in\mathbb{N}}\).
Założyłem sobie nie wprost, że istnieje \(\displaystyle{ n_0\in\mathbb{N}}\), że \(\displaystyle{ a_{n_0}>a}\).
Wtedy \(\displaystyle{ a_{n_0}=a+\delta}\) dla pewnego \(\displaystyle{ \delta >0}\)
Definiuję ciąg \(\displaystyle{ (b_n)}\) następująco
\(\displaystyle{ b_n := a_{n_0 + n}}\)
\(\displaystyle{ (*)\; b_n\geq a+\delta}\), z monotoniczności \(\displaystyle{ (a_n)}\).
Ukryta treść:    
\(\displaystyle{ (b_n)}\) jest podciągiem ciągu \(\displaystyle{ (a_n)}\), to \(\displaystyle{ \lim_{n\to\infty} b_n = a}\).
Ale z \(\displaystyle{ (*)}\) wynikałoby, że \(\displaystyle{ \lim_{n\to\infty} b_n \geq a+\delta}\) i w takim razie
\(\displaystyle{ a>a+\delta}\), \(\displaystyle{ \delta>0}\) - sprzeczność.

Z tym \(\displaystyle{ a+\delta}\) taka brzydka zabawa, bo domyślicie się, że mi się "osłabiała" nierówność przy przejściu do granicy... i nie wiem czy to potrzebne albo bzdury jakieś tworzę...
Znowu - piszę o pomoc tylko dlatego, że jestem przemęczony, bądźcie wyrozumiali xD
a4karo
Użytkownik
Użytkownik
Posty: 22207
Rejestracja: 15 maja 2011, o 20:55
Płeć: Mężczyzna
Lokalizacja: Bydgoszcz
Podziękował: 38 razy
Pomógł: 3754 razy

Re: Granica ciągu rosnącego jako supremum zbioru jego wyrazó

Post autor: a4karo »

Jeżeli \(\displaystyle{ a_N>a}\), to dla \(\displaystyle{ \varepsilon<(a_N-a)}\) i dla \(\displaystyle{ n>N}\) mamy
\(\displaystyle{ a_n-a\geq a_N-a>\varepsilon}\), więc \(\displaystyle{ a}\) nie może być granicą ciągu \(\displaystyle{ a_n}\)
Awatar użytkownika
Zaratustra
Użytkownik
Użytkownik
Posty: 182
Rejestracja: 24 lut 2015, o 16:10
Płeć: Mężczyzna
Lokalizacja: Polska
Podziękował: 68 razy
Pomógł: 6 razy

Re: Granica ciągu rosnącego jako supremum zbioru jego wyrazó

Post autor: Zaratustra »

O, bardzo ładnie. Dzięki. Ale skoro nie ma uwag, to rozumiem, że w moich wypocinach nie było przynajmniej błędu ^^
matmatmm
Użytkownik
Użytkownik
Posty: 2282
Rejestracja: 14 cze 2011, o 11:34
Płeć: Mężczyzna
Lokalizacja: Sosnowiec
Podziękował: 88 razy
Pomógł: 351 razy

Granica ciągu rosnącego jako supremum zbioru jego wyrazów

Post autor: matmatmm »

Zaratustra pisze: Naskrobałem sobie na szybko tak:
Starczyłoby pokazać, że \(\displaystyle{ a_n\leq a,n\in\mathbb{N}}\).
Założyłem sobie nie wprost, że istnieje \(\displaystyle{ n_0\in\mathbb{N}}\), że \(\displaystyle{ a_{n_0}>a}\).
Wtedy \(\displaystyle{ a_{n_0}=a+\delta}\) dla pewnego \(\displaystyle{ \delta >0}\)
Definiuję ciąg \(\displaystyle{ (b_n)}\) następująco
\(\displaystyle{ b_n := a_{n_0 + n}}\)
\(\displaystyle{ (*)\; b_n\geq a+\delta}\), z monotoniczności \(\displaystyle{ (a_n)}\).
Ukryta treść:    
\(\displaystyle{ (b_n)}\) jest podciągiem ciągu \(\displaystyle{ (a_n)}\), to \(\displaystyle{ \lim_{n\to\infty} b_n = a}\).
Ale z \(\displaystyle{ (*)}\) wynikałoby, że \(\displaystyle{ \lim_{n\to\infty} b_n \geq a+\delta}\) i w takim razie
\(\displaystyle{ a>a+\delta}\), \(\displaystyle{ \delta>0}\) - sprzeczność.
Rozumowanie jest poprawne, ale niewystarczające do stwierdzenia tezy. Udowodniłeś bowiem tylko, że \(\displaystyle{ a_n\leq a,n\in\mathbb{N}}\), czyli \(\displaystyle{ a}\) jest ograniczeniem górnym zbioru \(\displaystyle{ \{a_n:n\in\NN\}}\), a w definicji supremum mamy jeszcze drugi warunek.
Awatar użytkownika
Zaratustra
Użytkownik
Użytkownik
Posty: 182
Rejestracja: 24 lut 2015, o 16:10
Płeć: Mężczyzna
Lokalizacja: Polska
Podziękował: 68 razy
Pomógł: 6 razy

Granica ciągu rosnącego jako supremum zbioru jego wyrazów

Post autor: Zaratustra »

matmatmm pisze: Rozumowanie jest poprawne, ale niewystarczające do stwierdzenia tezy. Udowodniłeś bowiem tylko, że \(\displaystyle{ a_n\leq a,n\in\mathbb{N}}\), czyli \(\displaystyle{ a}\) jest ograniczeniem górnym zbioru \(\displaystyle{ \{a_n:n\in\NN\}}\), a w definicji supremum mamy jeszcze drugi warunek.
Napisałem tam, że "wystarczy pokazać, że \(\displaystyle{ a_n\leq a,n\in\mathbb{N}}\)", bo drugi warunek potrafię udowodnić. Ale mogłem to wyraźniej zaznaczyć. Ale zawsze dzięki za chęci/poświęcenie uwagi ^^
ODPOWIEDZ