Introducción
Anteriormente revisamos el teorema del valor intermedio y el teorema del máximo-mínimo. Esta entrada será un complemento a las anteriores, pues estudiaremos resultados derivados de tales teoremas.
La raíz -ésima
Iniciaremos esta entrada probando que todo número real positivo tiene raíz cuadrada y, posteriormente probaremos que todo número real positivo tiene raíz
Proposición. Para todo
Demostración.
Sea
Consideremos la función
Por lo anterior, se tiene que
Consideremos
Definición. Sean
Proposición. Para todo
Demostración.
Sean
Consideremos la función
Por el teorema del valor intermedio, existe
Notemos que en la definición dada consideramos únicamente los valores positivos que cumplen
Proposición. La raíz
Demostración.
Si existen
Si
Polinomios
Otro de los resultados derivados del teorema del valor intermedio es la existencia de las raíces para cierto tipo de polinomios.
Teorema. Si
tiene una raíz.
Demostración.
La demostración se basa en probar que existen
A continuación haremos una manipulación algebraica que permitirá mostrar de forma más sencilla que mientras
Daremos inicio a la demostración viendo que
Ahora trataremos de acotar la expresión anterior, para ello estamos buscando
De esta forma, si
entonces
es decir,
Sumando
Si consideramos
Por otro lado, si consideramos
Por lo cual
Después de haber probado el teorema anterior, podemos notar que fue fundamental en la demostración usar que
Teorema. Si
Demostración.
Por el teorema del máximo-mínimo, sabemos que toda función continua en un intervalo cerrado
De forma similar a la demostración anterior, consideremos
Como
Consideremos ahora el número
Análogamente, si
Por lo que si
Dado que
Además, por
Por lo anterior, podemos concluir que
Más adelante…
En la siguiente entrada daremos la definición de continuidad uniforme y veremos su relación con el concepto que conocemos de continuidad. También revisaremos el concepto de funciones de Lipschitz y el papel que juegan dentro de la continuidad.
Tarea moral
A continuación hay algunos ejercicios para que practiques los conceptos vistos en esta entrada. Te será de mucha utilidad intentarlos para entender más la teoría vista.
- Supongamos que
es una función continua en y que pertenece al intervalo para cada . Demuestra que para algún . - Demuestra que existe algún número
tal que . - Encuentra la solución al polinomio
.
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- Ir a Cálculo Diferencial e Integral I
- Entrada anterior del curso: Funciones acotadas y teorema del máximo-mínimo
- Siguiente entrada del curso: Continuidad uniforme
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Agradecimientos
Trabajo realizado con el apoyo del Programa UNAM-DGAPA-PAPIME PE104522 «Hacia una modalidad a distancia de la Licenciatura en Matemáticas de la FC-UNAM – Etapa 2»
Increíble trabajo pero tengo dos dudas sobre la demostración del Teorema: «Si n es impar, entonces cualquier ecuación de la forma x^n+a_(n-1)x^(n-1)+…+a_0 tiene una raíz.».
-> ¿De dónde se obtiene la relación |x| > max{1, 2n|a_n-1|, … , 2n|a_0|}?
-> Dice que Σ^n_i=1 1/(2n) = 1/2 pero sé que esto es falso ¿de dónde obtuvo el resultado?
Gracias.
¡Hola, Bryan!
Muchas gracias por tu comentario.
-> Hemos actualizado la entrada profundizando en la justificación de la elección de |x| > max{1, 2n|a_n-1|, … , 2n|a_0|}
-> En este caso hay que considerar que como el índice (i) no está jugando un rol dentro de los términos a sumar, éstos se quedan constantes.
Es decir Σ_{i = 1}^n 1/(2n) = 1/(2n) + 1/(2n) + … + 1/(2n) = n/(2n) = 1/2
Pero entendemos que esta expresión en particular puede resultar algo confusa, por lo que también la hemos modificado para que sea más claro.