En ℝ, {0 < ε, ε ≤ 1, |x| < ε, |y| < ε} ⊢ |xy| < ε

Demostrar con Lean4, que en ℝ
\[ \left\{ 0 < ε, ε ≤ 1, |x| < ε, |y| < ε \right\} ⊢ |xy| < ε \] Para ello, completar la siguiente teoría de Lean4:

Demostración en lenguaje natural


Se usarán los siguientes lemas
\begin{align}
&|a·b| = |a|·|b| \tag{L1} \\
&0·a = 0 \tag{L2} \\
&0 ≤ |a| \tag{L3} \\
&a ≤ b → a ≠ b → a < b \tag{L4} \\ &a ≠ b ↔ b ≠ a \tag{L5} \\ &0 < a → (ab < ac ↔ b < c) \tag{L6} \\ &0 < a → (ba < ca ↔ b < c) \tag{L7} \\ &0 < a → (ba ≤ ca ↔ b ≤ c) \tag{L8} \\ &1·a = a \tag{L9} \\ \end{align} Sean \(x, y, ε ∈ ℝ\) tales que \begin{align} 0 &< ε \tag{he1} \\ ε &≤ 1 \tag{he2} \\ |x| &< ε \tag{hx} \\ |y| &< ε \tag{hy} \end{align} y tenemos que demostrar que \[ |xy| < ε \] Lo haremos distinguiendo caso según \(|x| = 0\).

1º caso. Supongamos que
\[ |x| = 0 \tag{1} \]
Entonces,
\begin{align}
|xy| &= |x||y| &&\text{[por L1]} \\
&= 0|y| &&\text{[por h1]} \\
&= 0 &&\text{[por L2]} \\
&< ε &&\text{[por he1]} \end{align} 2º caso. Supongamos que \[ |x| ≠ 0 \tag{2} \] Entonces, por L4, L3 y L5, se tiene \[ 0 < x \tag{3} \] y, por tanto, \begin{align} |xy| &= |x||y| &&\text{[por L1]} \\ &< |x|ε &&\text{[por L6, (3) y (hy)]} \\ &< εε &&\text{[por L7, (he1) y (hx)]} \\ &≤ 1ε &&\text{[por L8, (he1) y (he2)]} \\ &= ε &&\text{[por L9]} \end{align} Demostraciones con Lean4

Demostraciones interactivas

Se puede interactuar con las demostraciones anteriores en Lean 4 Web.

Referencias

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