UFPR - Universidade Federal do Paraná Setor de Ciências Exatas Departamento de Matemática CM122 - Fundamentos de Análise Prof. Zeca Eidam.

Documentos relacionados
Lista 1. 9 Se 0 < x < y e n N então 0 < x n < y n.

Exercícios de Análise I - CM095

Universidade Federal de Santa Maria Departamento de Matemática Curso de Verão Lista 1. Números Naturais

Universidade Federal de Goiás Campus Catalão Departamento de Matemática Disciplina: Fundamentos de Análise

Lista 4. Esta lista, de entrega facultativa, tem três partes e seus exercícios versam sobre séries, funções contínuas e funções diferenciáveis em R.

1 Números Reais. 1. Simplifique as seguintes expressões (definidas nos respectivos domínios): b) x+1. d) x 2, f) 4 x 4 2 x, g) 2 x2 (2 x ) 2, h)

Números Reais. Víctor Arturo Martínez León b + c ad + bc. b c

UFPR - Universidade Federal do Paraná Setor de Ciências Exatas Departamento de Matemática MA12 - Matemática Discreta - PROFMAT Prof.

Análise na Reta - Verão UFPA 1a lista - Números naturais; Corpos ordenados

g) 2 x2 (2 x ) 2, 6 x i) x 2 x + 2, j) k) log ( 1 l) log ( 2x 2 + 2x 2) + log ( x 2

UFAL IM ANÁLISE REAL LISTA 1 CORPOS E NÚMEROS REAIS

1.2 Axioma do Supremo

Análise I. Notas de Aula 1. Alex Farah Pereira de Novembro de 2017

Aula 4 Aula 5 Aula 6. Ana Carolina Boero. Página:

Aula 5 Aula 6 Aula 7. Ana Carolina Boero. Página:

Matemática I. 1 Propriedades dos números reais

Cálculo Diferencial e Integral I

s Gabarito da 1. a Prova de PMA Fundamentos de Cálculo Prof. Wagner - 3 de maio de a PARTE

Análise I Solução da 1ª Lista de Exercícios

Números Reais. Gláucio Terra. Departamento de Matemática IME - USP. Números Reais p. 1/2

A = B, isto é, todo elemento de A é também um elemento de B e todo elemento de B é também um elemento de A, ou usando o item anterior, A B e B A.

Matemática na Reta. 1 o Colóquio de Matemática da Região Sul. Claus I. Doering Instituto de Matemática Universidade Federal do Rio Grande do Sul

Notas Sobre Sequências e Séries Alexandre Fernandes

Lista de Exercícios da Primeira Semana Análise Real

MAT 5798 Medida e Integração Exercícios de Revisão de Espaços Métricos

Alexandre Nolasco de Carvalho Universidade de São Paulo São Carlos SP, Brazil

1, se t Q 0, se t R\Q

O Corpo completo dos Números Reais

UNIVERSIDADE ESTADUAL DO PARANÁ NOTAS DE AULA: ANÁLISE REAL. Profa.: Gislaine Aparecida Periçaro Curso: Matemática, 4º ano

3.1 Limite & Continuidade

Cálculo Diferencial e Integral Química Notas de Aula

Soluções dos Exercícios do Capítulo 2

Alexandre L. Madureira

Gabarito da Primeira Prova MAT0234 Análise Matemática I Prof. Daniel Victor Tausk 13/09/2011

P1 de Análise Real ou Análise I Data: 16 de abril de 2008

Resumo das aulas dos dias 4 e 11 de abril e exercícios sugeridos

Interbits SuperPro Web

SE18 - Matemática. LMAT 6B2-1- Polinômios (Operações com polinômios) Questão 1

Probabilidade IV. Ulisses U. dos Anjos. Departamento de Estatística Universidade Federal da Paraíba. Período

Interbits SuperPro Web

Convergência, séries de potência e funções analíticas

Convergência, séries de potência e funções analíticas

Capítulo 1. Introdução

Universidade Federal de Santa Maria Departamento de Matemática Curso de Verão Lista 2. Sequências de Números Reais

Funções - Terceira Lista de Exercícios

Ana Carolina Boero. Página: Sala Bloco A - Campus Santo André

Topologia geral Professor: Fernando de Ávila Silva Departamento de Matemática - UFPR

Notas do Curso de SMA-333 Cálculo III. Prof. Wagner Vieira Leite Nunes. São Carlos 1.o semestre de 2007

ÁLGEBRA LINEAR I - MAT Em cada item diga se a afirmação é verdadeira ou falsa. Justifiquei sua resposta.

A Construção dos Números Reais e suas Extensões

Prova de seleção ao Mestrado e/ou Programa de Verão. Programas: ICMC-USP, UFAL, UFRJ

Bases Matemáticas. Relembrando: representação geométrica para os reais 2. Aula 8 Números Reais: módulo ou valor absoluto, raízes, intervalos

obs: i) Salvo menção em contrário, anel = anel comutativo com unidade. ii) O conjunto dos naturais inclui o zero.

CÁLCULO DIFERENCIAL E INTEGRAL I LMAC, MEBIOM, MEFT 1 o SEM. 2014/15 2 a FICHA DE EXERCÍCIOS. k + e 1 x, x > 0 f(x) = x cos 1, x > 0

2.1 Sucessões. Convergência de sucessões

NOTAÇÕES. Obs.: São cartesianos ortogonais os sistemas de coordenadas considerados

Sumário. 1 CAPÍTULO 1 Revisão de álgebra

Cálculo Diferencial e Integral I

MEDIDAS COM SINAL.. Uma medida com sinal σ-aditiva (ou, simplesmente, uma medida com sinal) µ(a n ) def = lim

Capítulo 2. Conjuntos Infinitos

Alexandre L. Madureira. Laboratório Nacional de Computação Científica LNCC, Brasil URL: alm

) a sucessão definida por y n

MAT 0143 : Cálculo para Ciências Biológicas

Prova: Usando as definições e propriedades de números reais, temos λz = λx + iλy e

Tópicos de Álgebra Linear Verão 2019 Lista 1: Espaços Vetoriais

PARTE I EQUAÇÕES DE UMA VARIÁVEL REAL

1. Prove que (a+b) c = a c+b c para todo a, b, c em ZZ /mzz. (Explique cada passo).

Desigualdades clássicas (1) Se x, y, z são números reais positivos satisfazendo x 3 + y 3 = z 3, deduza que

Capítulo 2. Conjuntos Infinitos. 2.1 Existem diferentes tipos de infinito

Reviso de Teoria da Medida e Elementos Bsicos de Probabilidade

Questão 3. a) (1,5 pontos). Defina i) conjunto aberto, ii) conjunto

aula Números reais Análise Real Autores André Gustavo Campos Pereira Viviane Simioli Medeiros Campos DISCIPLINA Data: / / Nome:

Análise Real. IF Sudeste de Minas Gerais. Primeiro semestre de Prof: Marcos Pavani de Carvalho. Marcos Pavani de Carvalho

Produtos de potências racionais. números primos.

Propriedades das Funções Contínuas

No que segue, X sempre denota um espaço topológico localmente compacto

Alexandre L. Madureira. Laboratório Nacional de Computação Científica LNCC, Brasil URL: alm

MÓDULO 17. Radiciações e Equações. Ciências da Natureza, Matemática e suas Tecnologias MATEMÁTICA

Interbits SuperPro Web

Polinômios (B) 4 (C) 2 (D) 1 3 (E). 2

Dízimas e intervalos encaixados.

1 0 para todo x, multiplicando-se os dois membros por. 2x 1 0 x 1 2. b a x. ba 2. e b 2 c

Propriedades das Funções Contínuas e Deriváveis

Alexandre L. Madureira

Capítulo 1 Números Reais

1 Números Reais (Soluções)

Enumerabilidade. Capítulo 6

Capítulo 1. Funções e grácos

Projecto Delfos: Escola de Matemática Para Jovens 1 FICHA DE TRABALHO

Curso de Matemática Aplicada.

Notas de aula - MAT Introdução à Análise Real

INTRODUÇÃO À TEORIA DOS CONJUNTOS1

Provas de Análise Real - Noturno - 3MAT003

Matemática Conjuntos - Teoria

Dados dois conjuntos A, B é dito produto cartesiano de A com B o conjunto

CÁLCULO DIFERENCIAL E INTEGRAL I LEIC 1 o Sem. 2009/10 1 a FICHA DE EXERCÍCIOS 1 [

MAT Cálculo Avançado - Notas de Aula

Transcrição:

UFPR - Universidade Federal do Paraná Setor de Ciências Exatas Departamento de Matemática CM1 - Fundamentos de Análise Prof Zeca Eidam Lista 4 Supremo e ínfimo 1 Seja X R não-vazio 1 Mostre que, caso existam, sup X e inf X são únicos e inf X sup X Admitindo que exista max X, mostre que existe sup X e max X = sup X Prove um resultado análogo para min e inf em lugar de max e sup 3 Encontre uma situação em que existe sup X R mas não existe max X 4 Encontre uma situação na qual não exista nem max X nem sup X 5 Mostre que se a X é uma cota superior (inferior) de X então a = sup X (a = inf X ) 6 Se X é limitado superiormente então sup X = inf{c R : c é cota superior de X } Caso X seja limitado inferiormente, tem-se inf X = sup{c R : c é cota inferior de X } Seja X R não-vazio e a R Prove que as seguintes afirmações são equivalentes: 1 inf X = a a x para todo x X e dado qualquer ε > 0 existe x X tal que x < a + ε Prove uma equivalência análoga para sup em lugar de inf 3 Se X R é um não-vazio ilimitado superiormente (inferiormente), dizemos que sup X = (inf X = ) 1 Mostre que sup X = se e só para qualquer A R existe x X tal que x > A Mostre que inf X = se e só para qualquer A R existe x X tal que x < A Convenciona-se que ± ± = ±, ± + a = ±, a (± ) = ± se a > 0, a (± ) = se a < 0 e < a < para qualquer a R 4 Sejam X,Y R não-vazios que admitem supremo e ínfimo e c R Considere os conjuntos X + Y = {x + y : x X, y Y }, cx = {cx : x X } e X Y = {x y : x X, y Y } 1 Mostre que sup(x + Y ) = sup X + supy e inf(x + Y ) = inf X + infy Mostre que sup(cx ) = c sup X e inf(cx ) = c inf X se c > 0 O que ocorre se c < 0? 3 Mostre que sup(x Y ) = max{sup X,supY } e inf(x Y ) = min{sup X,supY } 4 Mostre que se X,Y contém somente elementos positivos, então sup(x Y ) = (sup X )(supy ) e inf(x Y ) = (inf X )(infy ) 1

5 Pondo X = ( 1)X, mostre que sup( X ) = inf X e inf( X ) = sup X 5 Sejam X Y R conjuntos limitados não-vazios que admitem sup e inf 1 Prove que infy inf X e sup X supy Suponha que dado qualquer y Y existe x X tal que y x Mostre que sup X = supy 3 Suponha que dado qualquer y Y existe x X tal que x y Mostre que inf X = infy 6 Sejam X Y R conjuntos não-vazios que admitem sup e inf Assuma que para quaisquer x X e y Y, tem-se x y 1 Prove que sup X infy Prove que sup X = infy se e só se dado ε > 0 existem x X e y Y tais que y x < ε 7 Determine, caso existam, o supremo e o ínfimo dos seguintes conjuntos: { } n 1 1 n + 1 : n N { n } 1 + n : n N 3 { x R : x x + < 0 } { } n 1 4 3n + 1 : n N 5 { x R : x 3 < 7 } 6 { y R : y = x 6 + 1977x 4 + 1995x 016 para algum x R } 8 Mostre, por indução, que qualquer conjunto finito X possui supremo e ínfimo, os quais coincidem com os elementos máximo e mínimo de X, respectivamente O corpo dos números reais 9 Assinale V ou F, com justificativas: 1 O produto de dois números irracionais é sempre irracional A soma de dois números irracionais é sempre irracional 3 A soma de dois números irracionais positivos é sempre irracional 4 Existem a,b números irracionais tais que a b Q 10 (Desigualdades de Bernoulli) Dado um inteiro positivo n, mostre, por indução, as seguintes desigualdades em R: 1 Se x > 1 então (1 + x) n 1 + nx Se x 0 então (1 + x) n > 1 + nx 3 Se a > 0 e a + x > 0 então (a + x) n a n + na n 1 x 11 Mostre que as seguintes afirmações são equivalentes:

1 N R é ilimitado Dado qualquer ε > 0 existe N N tal que 1 N < ε 3 Dados ε > 0 e A > 0 existe N N tal que Nε > A (Princípio de Arquimedes) 4 Dados a > 1 e A > 0, existe N N tal que a N > A 5 Dados 0 < a < 1 e ε > 0 existe N N tal que a N < ε 1 Prove as seguintes afirmações: 1 Dados x < y em R existe r Q tal que x < r < y Se existe ξ R \ Q, então existe r Q tal que x < r ξ < y Em particular, existe η R \ Q tal que x < η < y 3 Existem infinitos r s satisfazendo 1 e 13 Considere o conjunto Q(x) dos quocientes da forma p(x) q(x), onde p e q 0 são polinômios com coeficientes racionais Nestas circunstâncias, dizemos que p(x) q(x) = p (x) q (x) se e só se p(x)q (x) = p (x)q(x) Podemos definir operações de soma e produto pelas fórmulas e p(x) p (x) q(x) q (x) = p(x)p (x) q(x)q (x) p(x) q(x) + p (x) q (x) = p(x)q (x) + p (x)q(x) q(x)q (x) 1 Mostre que as operações definidas acima são bem-definidas e tornam Q(x) um corpo Dizemos que p(x) q(x) > 0 se os coeficientes dos termos de maior grau de p e q tiverem o mesmo sinal Mostre que esta definição torna Q(t) um corpo ordenado 3 Mostre que para qualquer inteiro positivo n tem-se n < x (Aqui x denota o polinômio p(x) = x) Em particular, Q(x) não é arquimediano 14 Mostre que qualquer intervalo não-degenerado de R é infinito Mostre mais: qualquer intervalo não-degenerado de R é não-enumerável 15 Dados a,b R tais que a b < ε, mostre que b ε < a < b + ε e a < b + ε 16 Mostre que x y 1 (x + y ), para todos x, y R Conclua que x y x + y para quaisquer x, y 0, ou seja a média geométrica é sempre menor ou igual a média aritmética entre dois números 17 Sejam a 1,, a n,b 1,,b n R 1 Prove a identidade de Lagrange: ( ) n ( n a j b j = a j )( n b j ) 1 k<l n Prove a desigualdade de Cauchy-Schwarz: ( ) n n 1/ ( ) n 1/ a j b j a j b j (a k b l a l b k ) Mostre que ocorre a igualdade na desigualdade de Cauchy-Schwarz se e somente se existe α R tal que b j = αa j ou a j = αb j para cada j = 1,,n 3

3 Prove a desigualdade de Minkowski: ( ) n 1/ ( ) n 1/ ( ) n 1/ (a j + b j ) a j + b j 18 Mostre que as seguintes afirmações são equivalentes: 1 Todo subconjunto não-vazio limitado superiormente (inferiormente) de R tem supremo (ínfimo) Se I 1 I é uma sequência de intervalos fechados então I j 3 Se [a,b] I j, onde cada I j é um intervalo aberto, então existe N N tal que [a,b] N I j 4 Se [a,b] I J onde I, J são intervalos abertos disjuntos, então [a,b] I ou [a,b] J Em particular, as afirmações,3,4 são verdadeiras em R 19 Sejam X R não-vazio e f : X R uma função Definimos sup f é dita limitada se < inf f sup f < (a) Mostre que inf f + inf g inf(f + g ) sup(f + g ) sup f + sup g (b) Mostre que (inf f )(inf g ) inf(f g ) sup(f g ) (sup f )(sup g ) (c) Encontre situações em que as desigualdades acima são estritas = sup f (X ) e inf f = inf f (X ); f 0 Neste exercício, mostraremos a existência de raízes n-ésimas em R Para tanto, fixemos a > 0 e n um inteiro positivo 1 Mostre que o conjunto X = {x R : x > 0 e x n < a} é limitado Dado x X, encontre C > 0 dependendo de n e x tal que (x + ε) n < x n + Cε para todo ε (0,1) 3 Mostre que X não tem elemento máximo 4 Use o exercício (10) para mostrar que se y n > a e 0 < ε < y, então (y ε) n > y n ny n 1 ε Conclua que o conjunto Y = {y R : y > 0 e y n > a} não tem elemento mínimo 5 Seja b = sup X Mostre que b é o único número real positivo tal que b n = a b é chamado de raiz n-ésima de a e denotado por n a 6 Mostre que se n é ímpar e a R é qualquer, então existe b R tal que b n = a b é único em R se a < 0 7 Mostre que a função f : [0, ) [0, ) dada por f (x) = n x é uma bijeção crescente Mostre que n a m = ( n a) m 1 Mostre que se m,n > 1 são inteiros tais que m k n para todo k N então n m é irracional Sejam m,n inteiros positivos tais que m, n Q Mostre que m ± n Q 3 Mostre que 3 17 5 8 é irracional 4

4 Dados k > 1 inteiro e x > 0, seja a 1 o maior inteiro menor ou igual a x Supondo definidos a 1,, a n, definimos a n+1 como o maior inteiro com a propriedade que 1 Mostre que 0 a n < k, para todo n > 0 a 1 + a k + + a n k n + a n+1 k n+1 x Explique geometricamente como obter os números a 0, a 1, a, 3 Mostre que ( 0 x a 1 + a k + + a ) n k n < 1 k n, para todo n > 0 Conclua que { x = sup a 1 + a k + + a } n k n : n N A sequência de inteiros (a 0 a 1 a ) é chamada de expansão de x na base k 5 Neste exercício, descreveremos a potenciação com expoentes fracionários e reais Dados a > 0 e m,n inteiros positivos, definimos a 1/n = n a e a m/n = n a m = ( n a) m (a) Se r = m/n Q com m,n > 0 inteiros, podemos definir a r = a m/n Mostre que esta é uma boa definição, ie, independe da representação de r Estenda esta definição para r < 0 (b) Mostre que a r +s = a r a s e a r +s = a r a s, para quaisquer r, s Q (c) Mostre que (ab) r = a r b r para quaisquer b > 0 e r Q (d) Prove que 1 < a < b se e só se a r < b r para qualquer r Q, r > 0 (e) Admitindo que a > 1, prove que r < s se e só se a r < a s (f) Dado x R qualquer, definimos a x = sup{a r : r Q, r < x} A função R x a x R é chamada de exponencial de base a Mostre que a função exponencial de base a estende a função Q r a r R definida anteriormente e tem as mesmas propriedades que esta (g) Mostre que a exponencial de base a é uma função R (0, ) crescente positiva e sobrejetora Sendo assim, admite uma inversa, chamada de logaritmo na base a e denotada por (0, ) x log a x R Estude as propriedades do logaritmo na base a análogas àquelas da função exponencial Mostre que log a : (0, ) R é uma bijeção crescente 6 Um subconjunto G R chama-se subgrupo aditivo se for fechado em relação à operação de soma Seja G + = G (0, ), e assumamos que G 1 Se infg + = 0, mostre que G é denso em R Se infg + = a > 0, mostre que G = {na : n Z} 3 Mostre que para qualquer α Q, o conjunto formado pelos números da forma m+nα com m,n Z é denso em R 7 Prove as afirmações a seguir: 5

1 O intervalo [0, 1] é não-enumerável O intervalo (0, 1) é não-enumerável 3 R é não-enumerável 4 Qualquer um dos intervalos (a,b], [a,b), (a,b) e [a,b], com a < b, é não-enumerável 5 O complemento de qualquer conjunto enumerável é denso 6 O conjunto R \ Q formado pelos números irracionais é não-enumerável x 8 Mostre que f : R ( 1,1) dada por f (x) = é uma bijeção e calcule sua inversa Use f 1 + x para construir uma bijeção entre R e um intervalo (a,b) qualquer, com a < b 6