Si (∀n)[uₙ ≤ vₙ], entonces lim uₙ ≤ lim vₙ

En Lean4, una sucesión \(u_0, u_1, u_2, \dots\) se puede representar mediante una función \(u : ℕ → ℝ\) de forma que \(u(n)\) es el \(n\)-ésimo término de la sucesión.

Se define que \(a\) límite de la sucesión \(u\) como sigue

Demostrar que si \((∀ n)[u_n ≤ v_n]\), \(a\) es límite de \(u_n\) y \(c\) es límite de \(v_n\), entonces \(a ≤ c\).

Para ello, completar la siguiente teoría de Lean4:

1. Demostración en lenguaje natural

Por reduccion al absurdo. Supongamos que \(a ≰ c\). Entonces,
\[ c < a \tag{1} \]
Sea
\[ ε = \frac{a – c}{2} \tag{2} \]
Por (1),
\[ ε > 0 \]
Por tanto, puesto que \(a\) es límite de \(u_n\), existe un \(p ∈ ℕ\) tal que
\[ (∀ n)[n ≥ p → |u_n – a| < ε] \tag{3} \]
Análogamente, puesto que c es límite de \(v_n\), existe un \(q ∈ ℕ\) tal que
\[ (∀ n)[n ≥ q → |v_n – c| < ε] \tag{4} \]
Sea
\[ k = \max(p, q) \]
Entonces, \(k ≥ p\) y, por (3),
\[ |u_k – a| < ε \tag{5} \]
Análogamente, \(k ≥ q\) y, por (4),
\[ |v_k – c| < ε \tag{6} \]
Además, por la hipótesis,
\[ u_k ≤ v_k \tag{7} \]
Por tanto,
\begin{align}
a – c &= (a – u_k) + (u_k – c) \\
&≤ (a – u_k) + (v_k – c) &&\text{[por (7)]} \\
&≤ |(a – u_k) + (v_k – c)| \\
&≤ |a – u_k| + |v_k – c| \\
&= |u_k – a| + |v_k – c| \\
&< ε + ε &&\text{[por (5) y (6)]} \\
&= a – c &&\text{[por (2)]}
\end{align}
Luego,
\[ a – c < a – c \]
que es una contradicción.

2. Demostraciones con Lean4

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

3. Demostraciones con Isabelle/HOL

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