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3.9.E: Problemas de Boundedness y Diámetros (Ejercicios)

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    Ejercicio\(\PageIndex{1}\)

    Mostrar que si un conjunto\(A\) en un espacio métrico está delimitado, también lo es cada subconjunto\(B \subseteq A .\)

    Ejercicio\(\PageIndex{2}\)

    Demostrar que si los conjuntos\(A_{1}, A_{2}, \ldots, A_{n}\) en\((S, \rho)\) están acotados, así es

    \ [\ bigcup_ {k=1} ^ {n} A_ {k}.
    \]
    Desmentir esto para uniones infinitas con un contraejemplo.
    [Pista: Por teorema\(1,\) cada uno\(A_{k}\) está en algunos\(G_{p}\left(\varepsilon_{k}\right),\) con uno y el mismo centro\(p\). Si el número de los globos es finito, podemos poner max\(\left(\varepsilon_{1}, \ldots, \varepsilon_{n}\right)=\varepsilon,\) así\(G_{p}(\varepsilon)\) contiene todo\(A_{k} .\) Verifica esto en detalle.

    Ejercicio\(\PageIndex{3}\)

    \(\Rightarrow 3 .\)De los Problemas 1 y 2 muestran que un conjunto\(A\) in\((S, \rho)\) está acotado si está contenido en una unión finita de globos,
    \ [
    \ bigcup_ {k=1} ^ {n} G\ left (p_ {k};\ varepsilon_ {k}\ right).
    \]

    Ejercicio\(\PageIndex{4}\)

    Se dice que un conjunto\(A\) en\((S, \rho)\) está totalmente delimitado iff para cada\(\varepsilon>0\) (no importa cuán pequeño sea),\(A\) está contenido en una unión finita de globos de radio\(\varepsilon\). Por Problema 3, cualquier conjunto de este tipo está acotado. Desmentir lo contrario con un contraejemplo.
    [Pista: Toma un conjunto infinito en un espacio discreto.]

    Ejercicio\(\PageIndex{5}\)

    Mostrar que las distancias entre puntos de un globo terráqueo\(\overline{G}_{p}(\varepsilon)\) nunca superan 2\(\varepsilon\). (¡Usa la desigualdad triangular!) De ahí inferir eso\(d G_{p}(\varepsilon) \leq 2 \varepsilon\). Dar un ejemplo donde\(d G_{p}(\varepsilon)<2 \varepsilon .\) Así el diámetro de un globo puede ser menor que el doble de su radio.
    [Pista: Toma un globo terráqueo\(G_{p}\left(\frac{1}{2}\right)\) en un espacio discreto.]

    Ejercicio\(\PageIndex{6}\)

    Mostrar que en\(E^{n}\left(* \text { as well as in } C^{n} \text { and any other normed linear space }\right.\)\(\neq\{0\}\)), el diámetro de un globo\(G_{p}(\varepsilon)\) siempre es igual a 2\(\varepsilon\) (el doble de su radio).
    [Pista: Por Problema\(5,2 \varepsilon\) es un límite superior de todos\(\rho(\overline{x}, \overline{y})\) con\(\overline{x}, \overline{y} \in G_{p}(\varepsilon) .\)
    Para mostrar que no hay un límite superior menor, demuestre que algún número
    \ [
    2\ varepsilon-2 r\ quad (r>0)
    \]
    es excedido por algunos\(\rho(\overline{x}, \overline{y}) ;\) ej., tomar\(\overline{x}\) y\(\overline{y}\) en alguna línea a través de\(\overline{p}\),

    \ [\ overline {\ boldsymbol {x}} =\ overline {\ boldsymbol {p}} +\ boldsymbol {t}\ overrightarrow {\ boldsymbol {u}},
    \]
    eligiendo valores adecuados\(t\) para obtener\(\rho(\overline{x}, \overline{y})=|\overline{x}-\overline{y}|>2 \varepsilon-2 r . ]\)

    Ejercicio\(\PageIndex{7}\)

    Demostrar que en\(E^{n},\) un conjunto\(A\) está acotado si está contenido en un intervalo.

    Ejercicio\(\PageIndex{8}\)

    Demostrar que para todos los conjuntos\(A\)\((S, \rho)\) y\(B\) en y cada\(p \in S\)

    \ [\ rho (A, B)\ leq\ rho (A, p) +\ rho (p, B).
    \]
    Desmentir
    \ [
    \ rho (A, B) <\ rho (A, p) +\ rho (p, B)
    \]
    con un ejemplo.

    Ejercicio\(\PageIndex{9}\)

    Buscar\(\sup x_{n}, \inf x_{n}, \max x_{n},\) y\(\min x_{n}\) (en su caso) para secuencias con término general
    (a)\(n\);
    (b)\((-1)^{n}\left(2-2^{2-n}\right)\);
    (c)\(1-\frac{2}{n}\);
    (d)\(\frac{n(n-1)}{(n+2)^{2}}\).
    Que están delimitados en\(E^{1} ?\)

    Ejercicio\(\PageIndex{10}\)

    Demostrar lo siguiente sobre líneas y segmentos de línea.
    (i) Mostrar que cualquier segmento de línea en\(E^{n}\) es un conjunto acotado, pero la línea completa no lo es.
    ii) Demostrar que el diámetro de\(L(\overline{a}, \overline{b})\) y de\((\overline{a}, \overline{b})\) iguales\(\rho(\overline{a}, \overline{b})\).

    Ejercicio\(\PageIndex{11}\)

    Dejar\(f : E^{1} \rightarrow E^{1}\) ser dado por
    \ [
    f (x) =\ frac {1} {x}\ text {if} x\ neq 0,\ text {y} f (0) =0.
    \]
    Mostrar que\(f\) está delimitado en un intervalo\([a, b]\) iff 0\(\notin[a, b] .\) Está\(f\) delimitado en\((0,1) ?\)

    Ejercicio\(\PageIndex{12}\)

    Demostrar lo siguiente: a
    ) Si\(A \subseteq B \subseteq(S, \rho),\) entonces\(d A \leq d B\).
    b)\(d A=0\) iff\(A\) contiene como máximo un punto.
    (c) Si\(A \cap B \neq \emptyset\), entonces
    \ [
    d (A\ copa B)\ leq d A+d B.
    \]
    Mostrar con un ejemplo que esto puede fallar si\(A \cap B=\emptyset\).


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