IH.simp – Página 4

Las familias de conjuntos definen relaciones simétricas

PorJosé A. Alonso 26 agosto 202121 agosto 2021

Cada familia de conjuntos P define una relación de forma que dos elementos están relacionados si algún conjunto de P contiene a ambos elementos. Se puede definir en Lean por

   def relacion (P : set (set X)) (x y : X) :=
     ∃ A ∈ P, x ∈ A ∧ y ∈ A

1 2	def relacion (P : set (set X)) (x y : X) := ∃ A ∈ P, x ∈ A ∧ y ∈ A

Demostrar que si P es una familia de subconjunt❙os de X, entonces la relación definida por P es simétrica.

Para ello, completar la siguiente teoría de Lean:

import tactic

variable {X : Type}
variable (P : set (set X))

def relacion (P : set (set X)) (x y : X) :=
  ∃ A ∈ P, x ∈ A ∧ y ∈ A

example : symmetric (relacion P) :=
sorry

import tactic

variable {X : Type}

variable (P : set (set X))

def relacion (P : set (set X)) (x y : X) :=

∃ A ∈ P, x ∈ A ∧ y ∈ A

example : symmetric (relacion P) :=

sorry

[expand title=»Soluciones con Lean»]

import tactic

variable {X : Type}
variable (P : set (set X))

def relacion (P : set (set X)) (x y : X) :=
  ∃ A ∈ P, x ∈ A ∧ y ∈ A

-- 1ª demostración
example : symmetric (relacion P) :=
begin
  unfold symmetric,
  intros x y hxy,
  unfold relacion at *,
  rcases hxy with ⟨B, hBP, ⟨hxB, hyB⟩⟩,
  use B,
  repeat { split },
  { exact hBP, },
  { exact hyB, },
  { exact hxB, },
end

-- 2ª demostración
example : symmetric (relacion P) :=
begin
  intros x y hxy,
  rcases hxy with ⟨B, hBP, ⟨hxB, hyB⟩⟩,
  use B,
  repeat { split } ;
  assumption,
end

-- 3ª demostración
example : symmetric (relacion P) :=
begin
  intros x y hxy,
  rcases hxy with ⟨B, hBP, ⟨hxB, hyB⟩⟩,
  use [B, ⟨hBP, hyB, hxB⟩],
end

import tactic

variable {X : Type}

variable (P : set (set X))

def relacion (P : set (set X)) (x y : X) :=

∃ A ∈ P, x ∈ A ∧ y ∈ A

-- 1ª demostración

example : symmetric (relacion P) :=

begin

unfold symmetric,

intros x y hxy,

unfold relacion at *,

rcases hxy with ⟨B, hBP, ⟨hxB, hyB⟩⟩,

use B,

repeat { split },

{ exact hBP, },

{ exact hyB, },

{ exact hxB, },

end

-- 2ª demostración

example : symmetric (relacion P) :=

begin

intros x y hxy,

rcases hxy with ⟨B, hBP, ⟨hxB, hyB⟩⟩,

use B,

repeat { split } ;

assumption,

end

-- 3ª demostración

example : symmetric (relacion P) :=

begin

intros x y hxy,

rcases hxy with ⟨B, hBP, ⟨hxB, hyB⟩⟩,

use [B, ⟨hBP, hyB, hxB⟩],

end

Se puede interactuar con la prueba anterior en esta sesión con Lean.

En los comentarios se pueden escribir otras soluciones, escribiendo el código entre una línea con <pre lang="lean"> y otra con </pre>
[/expand]

[expand title=»Soluciones con Isabelle/HOL»]

theory Las_familias_de_conjuntos_definen_relaciones_simetricas
imports Main
begin

definition relacion :: "('a set) set ⇒ 'a ⇒ 'a ⇒ bool" where
  "relacion P x y ⟷ (∃A∈P. x ∈ A ∧ y ∈ A)"

(* 1ª demostración *)
lemma "symp (relacion P)"
proof (rule sympI)
  fix x y
  assume "relacion P x y"
  then have "∃A∈P. x ∈ A ∧ y ∈ A"
    by (unfold relacion_def)
  then have "∃A∈P. y ∈ A ∧ x ∈ A"
  proof (rule bexE)
    fix A
    assume hA1 : "A ∈ P" and hA2 : "x ∈ A ∧ y ∈ A"
    have "y ∈ A ∧ x ∈ A"
      using hA2 by (simp only: conj_commute)
    then show "∃A∈P. y ∈ A ∧ x ∈ A"
      using hA1 by (rule bexI)
  qed
  then show "relacion P y x"
    by (unfold relacion_def)
qed

(* 2ª demostración *)
lemma "symp (relacion P)"
proof (rule sympI)
  fix x y
  assume "relacion P x y"
  then obtain A where "A ∈ P ∧ x ∈ A ∧ y ∈ A"
    using relacion_def
    by metis
  then show "relacion P y x"
    using relacion_def
    by metis
qed

(* 3ª demostración *)
lemma "symp (relacion P)"
  using relacion_def
  by (metis sympI)

end

theory Las_familias_de_conjuntos_definen_relaciones_simetricas

imports Main

begin

definition relacion :: "('a set) set ⇒ 'a ⇒ 'a ⇒ bool" where

"relacion P x y ⟷ (∃A∈P. x ∈ A ∧ y ∈ A)"

(* 1ª demostración *)

lemma "symp (relacion P)"

proof (rule sympI)

fix x y

assume "relacion P x y"

then have "∃A∈P. x ∈ A ∧ y ∈ A"

by (unfold relacion_def)

then have "∃A∈P. y ∈ A ∧ x ∈ A"

proof (rule bexE)

fix A

assume hA1 : "A ∈ P" and hA2 : "x ∈ A ∧ y ∈ A"

have "y ∈ A ∧ x ∈ A"

using hA2 by (simp only: conj_commute)

then show "∃A∈P. y ∈ A ∧ x ∈ A"

using hA1 by (rule bexI)

qed

then show "relacion P y x"

by (unfold relacion_def)

qed

(* 2ª demostración *)

lemma "symp (relacion P)"

proof (rule sympI)

fix x y

assume "relacion P x y"

then obtain A where "A ∈ P ∧ x ∈ A ∧ y ∈ A"

using relacion_def

by metis

then show "relacion P y x"

using relacion_def

by metis

qed

(* 3ª demostración *)

lemma "symp (relacion P)"

using relacion_def

by (metis sympI)

end

En los comentarios se pueden escribir otras soluciones, escribiendo el código entre una línea con <pre lang="isar"> y otra con </pre>
[/expand]

El conjunto de las clases de equivalencia es una partición

PorJosé A. Alonso 24 agosto 202121 agosto 2021

Demostrar que si R es una relación de equivalencia en X, entonces las clases de equivalencia de R es una partición de X.

Para ello, completar la siguiente teoría de Lean:

import tactic

variable  {X : Type}
variables {x y: X}
variable  {R : X → X → Prop}

def clase (R : X → X → Prop) (x : X) :=
  {y : X | R x y}

def particion (A : set (set X)) : Prop :=
  (∀ x, (∃ B ∈ A, x ∈ B ∧ ∀ C ∈ A, x ∈ C → B = C)) ∧ ∅ ∉ A

example
  (h : equivalence R)
  : particion {a : set X | ∃ s : X, a = clase R s} :=
sorry

import tactic

variable {X : Type}

variables {x y: X}

variable {R : X → X → Prop}

def clase (R : X → X → Prop) (x : X) :=

{y : X | R x y}

def particion (A : set (set X)) : Prop :=

(∀ x, (∃ B ∈ A, x ∈ B ∧ ∀ C ∈ A, x ∈ C → B = C)) ∧ ∅ ∉ A

example

(h : equivalence R)

: particion {a : set X | ∃ s : X, a = clase R s} :=

sorry

[expand title=»Soluciones con Lean»]

import tactic

variable  {X : Type}
variables {x y: X}
variable  {R : X → X → Prop}

def clase (R : X → X → Prop) (x : X) :=
  {y : X | R x y}

def particion (A : set (set X)) : Prop :=
  (∀ x, (∃ B ∈ A, x ∈ B ∧ ∀ C ∈ A, x ∈ C → B = C)) ∧ ∅ ∉ A

lemma aux
  (h : equivalence R)
  (hxy : R x y)
  : clase R y ⊆ clase R x :=
λ z hz, h.2.2 hxy hz

-- 1ª demostración
example
  (h : equivalence R)
  : particion {a : set X | ∃ s : X, a = clase R s} :=
begin
  split,
  { simp,
    intro y,
    use (clase R y),
    split,
    { use y, },
    { split,
      { exact h.1 y, },
      { intros x hx,
        apply le_antisymm,
        { exact aux h hx, },
        { exact aux h (h.2.1 hx), }}}},
  { simp,
    intros x hx,
    have h1 : x ∈ clase R x := h.1 x,
    rw ← hx at h1,
    exact set.not_mem_empty x h1, },
end

-- 2ª demostración
example
  (h : equivalence R)
  : particion {a : set X | ∃ s : X, a = clase R s} :=
begin
  split,
  { simp,
    intro y,
    use (clase R y),
    split,
    { use y, },
    { split,
      { exact h.1 y, },
      { intros x hx,
        exact le_antisymm (aux h hx) (aux h (h.2.1 hx)), }}},
  { simp,
    intros x hx,
    have h1 : x ∈ clase R x := h.1 x,
    rw ← hx at h1,
    exact set.not_mem_empty x h1, },
end

-- 3ª demostración
example
  (h : equivalence R)
  : particion {a : set X | ∃ s : X, a = clase R s} :=
begin
  split,
  { simp,
    intro y,
    use [clase R y,
         ⟨by use y,
          ⟨h.1 y, λ x hx, le_antisymm (aux h hx) (aux h (h.2.1 hx))⟩⟩], },
  { simp,
    intros x hx,
    have h1 : x ∈ clase R x := h.1 x,
    rw ← hx at h1,
    exact set.not_mem_empty x h1, },
end

import tactic

variable {X : Type}

variables {x y: X}

variable {R : X → X → Prop}

def clase (R : X → X → Prop) (x : X) :=

{y : X | R x y}

def particion (A : set (set X)) : Prop :=

(∀ x, (∃ B ∈ A, x ∈ B ∧ ∀ C ∈ A, x ∈ C → B = C)) ∧ ∅ ∉ A

lemma aux

(h : equivalence R)

(hxy : R x y)

: clase R y ⊆ clase R x :=

λ z hz, h.2.2 hxy hz

-- 1ª demostración

example

(h : equivalence R)

: particion {a : set X | ∃ s : X, a = clase R s} :=

begin

split,

{ simp,

intro y,

use (clase R y),

split,

{ use y, },

{ split,

{ exact h.1 y, },

{ intros x hx,

apply le_antisymm,

{ exact aux h hx, },

{ exact aux h (h.2.1 hx), }}}},

{ simp,

intros x hx,

have h1 : x ∈ clase R x := h.1 x,

rw ← hx at h1,

exact set.not_mem_empty x h1, },

end

-- 2ª demostración

example

(h : equivalence R)

: particion {a : set X | ∃ s : X, a = clase R s} :=

begin

split,

{ simp,

intro y,

use (clase R y),

split,

{ use y, },

{ split,

{ exact h.1 y, },

{ intros x hx,

exact le_antisymm (aux h hx) (aux h (h.2.1 hx)), }}},

{ simp,

intros x hx,

have h1 : x ∈ clase R x := h.1 x,

rw ← hx at h1,

exact set.not_mem_empty x h1, },

end

-- 3ª demostración

example

(h : equivalence R)

: particion {a : set X | ∃ s : X, a = clase R s} :=

begin

split,

{ simp,

intro y,

use [clase R y,

⟨by use y,

⟨h.1 y, λ x hx, le_antisymm (aux h hx) (aux h (h.2.1 hx))⟩⟩], },

{ simp,

intros x hx,

have h1 : x ∈ clase R x := h.1 x,

rw ← hx at h1,

exact set.not_mem_empty x h1, },

end

Se puede interactuar con la prueba anterior en esta sesión con Lean.

En los comentarios se pueden escribir otras soluciones, escribiendo el código entre una línea con <pre lang="lean"> y otra con </pre>
[/expand]

[expand title=»Soluciones con Isabelle/HOL»]

theory El_conjunto_de_las_clases_de_equivalencia_es_una_particion
imports Main
begin

definition clase :: "('a ⇒ 'a ⇒ bool) ⇒ 'a ⇒ 'a set"
  where "clase R x = {y. R x y}"

definition particion :: "('a set) set ⇒ bool" where
  "particion P ⟷ (∀x. (∃B∈P. x ∈ B ∧ (∀C∈P. x ∈ C ⟶ B = C))) ∧ {} ∉ P"

lemma
  fixes   R :: "'a ⇒ 'a ⇒ bool"
  assumes "equivp R"
  shows   "particion (⋃x. {clase R x})" (is "particion ?P")
proof (unfold particion_def; intro conjI)
  show "(∀x. ∃B∈?P. x ∈ B ∧ (∀C∈?P. x ∈ C ⟶ B = C))"
  proof (intro allI)
    fix x
    have "clase R x ∈ ?P"
      by auto
    moreover have "x ∈ clase R x"
      using assms clase_def equivp_def
      by (metis CollectI)
    moreover have "∀C∈?P. x ∈ C ⟶ clase R x = C"
    proof
      fix C
      assume "C ∈ ?P"
      then obtain y where "C = clase R y"
        by auto
      show "x ∈ C ⟶ clase R x = C"
      proof
        assume "x ∈ C"
        then have "R y x"
          using ‹C = clase R y› assms clase_def
          by (metis CollectD)
        then show "clase R x = C"
          using assms ‹C = clase R y› clase_def equivp_def
          by metis
      qed
    qed
    ultimately show "∃B∈?P. x ∈ B ∧ (∀C∈?P. x ∈ C ⟶ B = C)"
      by blast
  qed
next
  show "{} ∉ ?P"
  proof
    assume "{} ∈ ?P"
    then obtain x where "{} = clase R x"
      by auto
    moreover have "x ∈ clase R x"
      using assms clase_def equivp_def
      by (metis CollectI)
    ultimately show False
      by simp
  qed
qed

end

theory El_conjunto_de_las_clases_de_equivalencia_es_una_particion

imports Main

begin

definition clase :: "('a ⇒ 'a ⇒ bool) ⇒ 'a ⇒ 'a set"

where "clase R x = {y. R x y}"

definition particion :: "('a set) set ⇒ bool" where

"particion P ⟷ (∀x. (∃B∈P. x ∈ B ∧ (∀C∈P. x ∈ C ⟶ B = C))) ∧ {} ∉ P"

lemma

fixes R :: "'a ⇒ 'a ⇒ bool"

assumes "equivp R"

shows "particion (⋃x. {clase R x})" (is "particion ?P")

proof (unfold particion_def; intro conjI)

show "(∀x. ∃B∈?P. x ∈ B ∧ (∀C∈?P. x ∈ C ⟶ B = C))"

proof (intro allI)

fix x

have "clase R x ∈ ?P"

by auto

moreover have "x ∈ clase R x"

using assms clase_def equivp_def

by (metis CollectI)

moreover have "∀C∈?P. x ∈ C ⟶ clase R x = C"

proof

fix C

assume "C ∈ ?P"

then obtain y where "C = clase R y"

by auto

show "x ∈ C ⟶ clase R x = C"

proof

assume "x ∈ C"

then have "R y x"

using ‹C = clase R y› assms clase_def

by (metis CollectD)

then show "clase R x = C"

using assms ‹C = clase R y› clase_def equivp_def

by metis

qed

ultimately show "∃B∈?P. x ∈ B ∧ (∀C∈?P. x ∈ C ⟶ B = C)"

by blast

qed

show "{} ∉ ?P"

proof

assume "{} ∈ ?P"

then obtain x where "{} = clase R x"

by auto

moreover have "x ∈ clase R x"

using assms clase_def equivp_def

by (metis CollectI)

ultimately show False

by simp

qed

end

En los comentarios se pueden escribir otras soluciones, escribiendo el código entre una línea con <pre lang="isar"> y otra con </pre>
[/expand]

Las clases de equivalencia de elementos no relacionados son disjuntas

PorJosé A. Alonso 23 agosto 202121 agosto 2021

Demostrar que las clases de equivalencia de elementos no relacionados son disjuntas.

Para ello, completar la siguiente teoría de Lean:

import tactic

variable  {X : Type}
variables {x y: X}
variable  {R : X → X → Prop}

def clase (R : X → X → Prop) (x : X) :=
  {y : X | R x y}

example
  (h : equivalence R)
  (hxy : ¬ R x y)
  : clase R x ∩ clase R y = ∅ :=
sorry

import tactic

variable {X : Type}

variables {x y: X}

variable {R : X → X → Prop}

def clase (R : X → X → Prop) (x : X) :=

{y : X | R x y}

example

(h : equivalence R)

(hxy : ¬ R x y)

: clase R x ∩ clase R y = ∅ :=

sorry

[expand title=»Soluciones con Lean»]

import tactic

variable  {X : Type}
variables {x y: X}
variable  {R : X → X → Prop}

def clase (R : X → X → Prop) (x : X) :=
  {y : X | R x y}

-- 1ª demostración
example
  (h : equivalence R)
  (hxy : ¬ R x y)
  : clase R x ∩ clase R y = ∅ :=
begin
  rcases h with ⟨hr, hs, ht⟩,
  by_contradiction h1,
  apply hxy,
  have h2 : ∃ z, z ∈ clase R x ∩ clase R y,
    { contrapose h1,
      intro h1a,
      apply h1a,
      push_neg at h1,
      exact set.eq_empty_iff_forall_not_mem.mpr h1, },
  rcases h2 with ⟨z, hxz, hyz⟩,
  replace hxz : R x z := hxz,
  replace hyz : R y z := hyz,
  have hzy : R z y := hs hyz,
  exact ht hxz hzy,
end

-- 2ª demostración
example
  (h : equivalence R)
  (hxy : ¬ R x y)
  : clase R x ∩ clase R y = ∅ :=
begin
  rcases h with ⟨hr, hs, ht⟩,
  by_contradiction h1,
  have h2 : ∃ z, z ∈ clase R x ∩ clase R y,
    { by finish [set.eq_empty_iff_forall_not_mem]},
  apply hxy,
  rcases h2 with ⟨z, hxz, hyz⟩,
  exact ht hxz (hs hyz),
end

import tactic

variable {X : Type}

variables {x y: X}

variable {R : X → X → Prop}

def clase (R : X → X → Prop) (x : X) :=

{y : X | R x y}

-- 1ª demostración

example

(h : equivalence R)

(hxy : ¬ R x y)

: clase R x ∩ clase R y = ∅ :=

begin

rcases h with ⟨hr, hs, ht⟩,

by_contradiction h1,

apply hxy,

have h2 : ∃ z, z ∈ clase R x ∩ clase R y,

{ contrapose h1,

intro h1a,

apply h1a,

push_neg at h1,

exact set.eq_empty_iff_forall_not_mem.mpr h1, },

rcases h2 with ⟨z, hxz, hyz⟩,

replace hxz : R x z := hxz,

replace hyz : R y z := hyz,

have hzy : R z y := hs hyz,

exact ht hxz hzy,

end

-- 2ª demostración

example

(h : equivalence R)

(hxy : ¬ R x y)

: clase R x ∩ clase R y = ∅ :=

begin

rcases h with ⟨hr, hs, ht⟩,

by_contradiction h1,

have h2 : ∃ z, z ∈ clase R x ∩ clase R y,

{ by finish [set.eq_empty_iff_forall_not_mem]},

apply hxy,

rcases h2 with ⟨z, hxz, hyz⟩,

exact ht hxz (hs hyz),

end

Se puede interactuar con la prueba anterior en esta sesión con Lean.

En los comentarios se pueden escribir otras soluciones, escribiendo el código entre una línea con <pre lang="lean"> y otra con </pre>
[/expand]

[expand title=»Soluciones con Isabelle/HOL»]

theory Las_clases_de_equivalencia_de_elementos_no_relacionados_son_disjuntas
imports Main
begin

definition clase :: "('a ⇒ 'a ⇒ bool) ⇒ 'a ⇒ 'a set"
  where "clase R x = {y. R x y}"

(* 1ª demostración *)
lemma
  assumes "equivp R"
          "¬(R x y)"
  shows "clase R x ∩ clase R y = {}"
proof -
  have "∀z. z ∈ clase R x ⟶ z ∉ clase R y"
  proof (intro allI impI)
    fix z
    assume "z ∈ clase R x"
    then have "R x z"
      using clase_def by (metis CollectD)
    show "z ∉ clase R y"
    proof (rule notI)
      assume "z ∈ clase R y"
      then have "R y z"
        using clase_def by (metis CollectD)
      then have "R z y"
        using assms(1) by (simp only: equivp_symp)
      with ‹R x z› have "R x y"
        using assms(1) by (simp only: equivp_transp)
      with ‹¬R x y› show False
        by (rule notE)
    qed
  qed
  then show "clase R x ∩ clase R y = {}"
    by (simp only: disjoint_iff)
qed

(* 2ª demostración *)
lemma
  assumes "equivp R"
          "¬(R x y)"
  shows "clase R x ∩ clase R y = {}"
proof -
  have "∀z. z ∈ clase R x ⟶ z ∉ clase R y"
  proof (intro allI impI)
    fix z
    assume "z ∈ clase R x"
    then have "R x z"
      using clase_def by fastforce
    show "z ∉ clase R y"
    proof (rule notI)
      assume "z ∈ clase R y"
      then have "R y z"
        using clase_def by fastforce
      then have "R z y"
        using assms(1) by (simp only: equivp_symp)
      with ‹R x z› have "R x y"
        using assms(1) by (simp only: equivp_transp)
      with ‹¬R x y› show False
        by simp
    qed
  qed
  then show "clase R x ∩ clase R y = {}"
    by (simp only: disjoint_iff)
qed

(* 3ª demostración *)
lemma
  assumes "equivp R"
          "¬(R x y)"
  shows "clase R x ∩ clase R y = {}"
  using assms
  by (metis clase_def
            CollectD
            equivp_symp
            equivp_transp
            disjoint_iff)

(* 4ª demostración *)
lemma
  assumes "equivp R"
          "¬(R x y)"
  shows "clase R x ∩ clase R y = {}"
  using assms
  by (metis equivp_def
            clase_def
            CollectD
            disjoint_iff_not_equal)

end

theory Las_clases_de_equivalencia_de_elementos_no_relacionados_son_disjuntas

imports Main

begin

definition clase :: "('a ⇒ 'a ⇒ bool) ⇒ 'a ⇒ 'a set"

where "clase R x = {y. R x y}"

(* 1ª demostración *)

lemma

assumes "equivp R"

"¬(R x y)"

shows "clase R x ∩ clase R y = {}"

proof -

have "∀z. z ∈ clase R x ⟶ z ∉ clase R y"

proof (intro allI impI)

fix z

assume "z ∈ clase R x"

then have "R x z"

using clase_def by (metis CollectD)

show "z ∉ clase R y"

proof (rule notI)

assume "z ∈ clase R y"

then have "R y z"

using clase_def by (metis CollectD)

then have "R z y"

using assms(1) by (simp only: equivp_symp)

with ‹R x z› have "R x y"

using assms(1) by (simp only: equivp_transp)

with ‹¬R x y› show False

by (rule notE)

qed

then show "clase R x ∩ clase R y = {}"

by (simp only: disjoint_iff)

qed

(* 2ª demostración *)

lemma

assumes "equivp R"

"¬(R x y)"

shows "clase R x ∩ clase R y = {}"

proof -

have "∀z. z ∈ clase R x ⟶ z ∉ clase R y"

proof (intro allI impI)

fix z

assume "z ∈ clase R x"

then have "R x z"

using clase_def by fastforce

show "z ∉ clase R y"

proof (rule notI)

assume "z ∈ clase R y"

then have "R y z"

using clase_def by fastforce

then have "R z y"

using assms(1) by (simp only: equivp_symp)

with ‹R x z› have "R x y"

using assms(1) by (simp only: equivp_transp)

with ‹¬R x y› show False

by simp

qed

then show "clase R x ∩ clase R y = {}"

by (simp only: disjoint_iff)

qed

(* 3ª demostración *)

lemma

assumes "equivp R"

"¬(R x y)"

shows "clase R x ∩ clase R y = {}"

using assms

by (metis clase_def

CollectD

equivp_symp

equivp_transp

disjoint_iff)

(* 4ª demostración *)

lemma

assumes "equivp R"

"¬(R x y)"

shows "clase R x ∩ clase R y = {}"

using assms

by (metis equivp_def

clase_def

CollectD

disjoint_iff_not_equal)

end

En los comentarios se pueden escribir otras soluciones, escribiendo el código entre una línea con <pre lang="isar"> y otra con </pre>
[/expand]

Las clases de equivalencia de elementos relacionados son iguales

PorJosé A. Alonso 22 agosto 202121 agosto 2021

Demostrar que las clases de equivalencia de elementos relacionados son iguales.

Para ello, completar la siguiente teoría de Lean:

import tactic

variable  {X : Type}
variables {x y: X}
variable  {R : X → X → Prop}

def clase (R : X → X → Prop) (x : X) :=
  {y : X | R x y}

example
  (h : equivalence R)
  (hxy : R x y)
  : clase R x = clase R y :=
sorry

import tactic

variable {X : Type}

variables {x y: X}

variable {R : X → X → Prop}

def clase (R : X → X → Prop) (x : X) :=

{y : X | R x y}

example

(h : equivalence R)

(hxy : R x y)

: clase R x = clase R y :=

sorry

[expand title=»Soluciones con Lean»]

import tactic

variable  {X : Type}
variables {x y: X}
variable  {R : X → X → Prop}

def clase (R : X → X → Prop) (x : X) :=
  {y : X | R x y}

-- En la demostración se usará el siguiente lema del que se presentan
-- varias demostraciones.

-- 1ª demostración del lema auxiliar
example
  (h : equivalence R)
  (hxy : R x y)
  : clase R y ⊆ clase R x :=
begin
  intros z hz,
  have hyz : R y z := hz,
  have htrans : transitive R := h.2.2,
  have hxz : R x z := htrans hxy hyz,
  exact hxz,
end

-- 2ª demostración del lema auxiliar
example
  (h : equivalence R)
  (hxy : R x y)
  : clase R y ⊆ clase R x :=
begin
  intros z hz,
  exact h.2.2 hxy hz,
end

-- 3ª demostración del lema auxiliar
lemma aux
  (h : equivalence R)
  (hxy : R x y)
  : clase R y ⊆ clase R x :=
λ z hz, h.2.2 hxy hz

-- A continuación se presentan varias demostraciones del ejercicio
-- usando el lema auxiliar

-- 1ª demostración
example
  (h : equivalence R)
  (hxy : R x y)
  : clase R x = clase R y :=
begin
  apply le_antisymm,
  { have hs : symmetric R := h.2.1,
    have hyx : R y x := hs hxy,
    exact aux h hyx, },
  { exact aux h hxy, },
end

-- 2ª demostración
example
  (h : equivalence R)
  (hxy : R x y)
  : clase R x = clase R y :=
begin
  apply le_antisymm,
  { exact aux h (h.2.1 hxy), },
  { exact aux h hxy, },
end

-- 3ª demostración
example
  (h : equivalence R)
  (hxy : R x y)
  : clase R x = clase R y :=
le_antisymm (aux h (h.2.1 hxy)) (aux h hxy)

import tactic

variable {X : Type}

variables {x y: X}

variable {R : X → X → Prop}

def clase (R : X → X → Prop) (x : X) :=

{y : X | R x y}

-- En la demostración se usará el siguiente lema del que se presentan

-- varias demostraciones.

-- 1ª demostración del lema auxiliar

example

(h : equivalence R)

(hxy : R x y)

: clase R y ⊆ clase R x :=

begin

intros z hz,

have hyz : R y z := hz,

have htrans : transitive R := h.2.2,

have hxz : R x z := htrans hxy hyz,

exact hxz,

end

-- 2ª demostración del lema auxiliar

example

(h : equivalence R)

(hxy : R x y)

: clase R y ⊆ clase R x :=

begin

intros z hz,

exact h.2.2 hxy hz,

end

-- 3ª demostración del lema auxiliar

lemma aux

(h : equivalence R)

(hxy : R x y)

: clase R y ⊆ clase R x :=

λ z hz, h.2.2 hxy hz

-- A continuación se presentan varias demostraciones del ejercicio

-- usando el lema auxiliar

-- 1ª demostración

example

(h : equivalence R)

(hxy : R x y)

: clase R x = clase R y :=

begin

apply le_antisymm,

{ have hs : symmetric R := h.2.1,

have hyx : R y x := hs hxy,

exact aux h hyx, },

{ exact aux h hxy, },

end

-- 2ª demostración

example

(h : equivalence R)

(hxy : R x y)

: clase R x = clase R y :=

begin

apply le_antisymm,

{ exact aux h (h.2.1 hxy), },

{ exact aux h hxy, },

end

-- 3ª demostración

example

(h : equivalence R)

(hxy : R x y)

: clase R x = clase R y :=

le_antisymm (aux h (h.2.1 hxy)) (aux h hxy)

Se puede interactuar con la prueba anterior en esta sesión con Lean.

En los comentarios se pueden escribir otras soluciones, escribiendo el código entre una línea con <pre lang="lean"> y otra con </pre>
[/expand]

[expand title=»Soluciones con Isabelle/HOL»]

theory Las_clases_de_equivalencia_de_elementos_relacionados_son_iguales
imports Main
begin

definition clase :: "('a ⇒ 'a ⇒ bool) ⇒ 'a ⇒ 'a set"
  where "clase R x = {y. R x y}"

(* En la demostración se usará el siguiente lema del que se presentan
   varias demostraciones. *)

(* 1ª demostración del lema auxiliar *)
lemma
  assumes "equivp R"
          "R x y"
  shows "clase R y ⊆ clase R x"
proof (rule subsetI)
  fix z
  assume "z ∈ clase R y"
  then have "R y z"
    by (simp add: clase_def)
  have "transp R"
    using assms(1) by (rule equivp_imp_transp)
  then have "R x z"
    using ‹R x y› ‹R y z› by (rule transpD)
  then show "z ∈ clase R x"
    by (simp add: clase_def)
qed

(* 2ª demostración del lema auxiliar *)
lemma aux :
  assumes "equivp R"
          "R x y"
  shows "clase R y ⊆ clase R x"
  using assms
  by (metis clase_def eq_refl equivp_def)

(* A continuación se presentan demostraciones del ejercicio *)

(* 1ª demostración *)
lemma
  assumes "equivp R"
          "R x y"
  shows "clase R y = clase R x"
proof (rule equalityI)
  show "clase R y ⊆ clase R x"
    using assms by (rule aux)
next
  show "clase R x ⊆ clase R y"
  proof -
    have "symp R"
      using assms(1) equivpE by blast
    have "R y x"
      using ‹R x y› by (simp add: ‹symp R› sympD)
    with assms(1) show "clase R x ⊆ clase R y"
       by (rule aux)
  qed
qed

(* 2ª demostración *)
lemma
  assumes "equivp R"
          "R x y"
  shows "clase R y = clase R x"
  using assms
  by (metis clase_def equivp_def)

end

theory Las_clases_de_equivalencia_de_elementos_relacionados_son_iguales

imports Main

begin

definition clase :: "('a ⇒ 'a ⇒ bool) ⇒ 'a ⇒ 'a set"

where "clase R x = {y. R x y}"

(* En la demostración se usará el siguiente lema del que se presentan

varias demostraciones. *)

(* 1ª demostración del lema auxiliar *)

lemma

assumes "equivp R"

"R x y"

shows "clase R y ⊆ clase R x"

proof (rule subsetI)

fix z

assume "z ∈ clase R y"

then have "R y z"

by (simp add: clase_def)

have "transp R"

using assms(1) by (rule equivp_imp_transp)

then have "R x z"

using ‹R x y› ‹R y z› by (rule transpD)

then show "z ∈ clase R x"

by (simp add: clase_def)

qed

(* 2ª demostración del lema auxiliar *)

lemma aux :

assumes "equivp R"

"R x y"

shows "clase R y ⊆ clase R x"

using assms

by (metis clase_def eq_refl equivp_def)

(* A continuación se presentan demostraciones del ejercicio *)

(* 1ª demostración *)

lemma

assumes "equivp R"

"R x y"

shows "clase R y = clase R x"

proof (rule equalityI)

show "clase R y ⊆ clase R x"

using assms by (rule aux)

show "clase R x ⊆ clase R y"

proof -

have "symp R"

using assms(1) equivpE by blast

have "R y x"

using ‹R x y› by (simp add: ‹symp R› sympD)

with assms(1) show "clase R x ⊆ clase R y"

by (rule aux)

qed

(* 2ª demostración *)

lemma

assumes "equivp R"

"R x y"

shows "clase R y = clase R x"

using assms

by (metis clase_def equivp_def)

end

En los comentarios se pueden escribir otras soluciones, escribiendo el código entre una línea con <pre lang="isar"> y otra con </pre>
[/expand]

Las sucesiones convergentes son sucesiones de Cauchy

PorJosé A. Alonso 21 agosto 202121 agosto 2021

Nota: El problema de hoy lo ha escrito Sara Díaz Real y es uno de los que se encuentran en su Trabajo Fin de Máster Formalización en Lean de problemas de las Olimpiadas Internacionales de Matemáticas (IMO). Concretamente, el problema se encuentra en la página 52 junto con la demostración en lenguaje natural.

En Lean, una sucesión u₀, u₁, u₂, … se puede representar mediante una función (u : ℕ → ℝ) de forma que u(n) es uₙ.

Se define

el valor absoluto de x por

     notation `|`x`|` := abs x

1	notation `\|`x`\|` := abs x

a es un límite de la sucesión u, por

     def limite (u : ℕ → ℝ) (a : ℝ) :=
       ∀ ε > 0, ∃ N, ∀ n ≥ N, |u n - a| ≤ ε

1 2	def limite (u : ℕ → ℝ) (a : ℝ) := ∀ ε > 0, ∃ N, ∀ n ≥ N, \|u n - a\| ≤ ε

la sucesión u es convergente por

     def suc_convergente (u : ℕ → ℝ) :=
       ∃ l, limite u l

1 2	def suc_convergente (u : ℕ → ℝ) := ∃ l, limite u l

la sucesión u es de Cauchy por

     def suc_cauchy (u : ℕ → ℝ) :=
       ∀ ε > 0, ∃ N, ∀ p ≥ N, ∀ q ≥ N, |u p - u q| ≤ ε

1 2	def suc_cauchy (u : ℕ → ℝ) := ∀ ε > 0, ∃ N, ∀ p ≥ N, ∀ q ≥ N, \|u p - u q\| ≤ ε

Demostrar que las sucesiones convergentes son de Cauchy.

Para ello, completar la siguiente teoría de Lean:

import data.real.basic

variable {u : ℕ → ℝ }

notation `|`x`|` := abs x

def limite (u : ℕ → ℝ) (l : ℝ) : Prop :=
  ∀ ε > 0, ∃ N, ∀ n ≥ N, |u n - l| ≤ ε

def suc_convergente (u : ℕ → ℝ) :=
  ∃ l, limite u l

def suc_cauchy (u : ℕ → ℝ) :=
  ∀ ε > 0, ∃ N, ∀ p ≥ N, ∀ q ≥ N, |u p - u q| ≤ ε

example
  (h : suc_convergente u)
  : suc_cauchy u :=
sorry

import data.real.basic

variable {u : ℕ → ℝ }

notation `|`x`|` := abs x

def limite (u : ℕ → ℝ) (l : ℝ) : Prop :=

∀ ε > 0, ∃ N, ∀ n ≥ N, |u n - l| ≤ ε

def suc_convergente (u : ℕ → ℝ) :=

∃ l, limite u l

def suc_cauchy (u : ℕ → ℝ) :=

∀ ε > 0, ∃ N, ∀ p ≥ N, ∀ q ≥ N, |u p - u q| ≤ ε

example

(h : suc_convergente u)

: suc_cauchy u :=

sorry

[expand title=»Soluciones con Lean»]

import data.real.basic

variable {u : ℕ → ℝ }

notation `|`x`|` := abs x

def limite (u : ℕ → ℝ) (l : ℝ) : Prop :=
  ∀ ε > 0, ∃ N, ∀ n ≥ N, |u n - l| ≤ ε

def suc_convergente (u : ℕ → ℝ) :=
  ∃ l, limite u l

def suc_cauchy (u : ℕ → ℝ) :=
  ∀ ε > 0, ∃ N, ∀ p ≥ N, ∀ q ≥ N, |u p - u q| ≤ ε

-- 1ª demostración
example
  (h : suc_convergente u)
  : suc_cauchy u :=
begin
  unfold suc_cauchy,
  intros ε hε,
  have hε2 : 0 < ε/2 := half_pos hε,
  cases h with l hl,
  cases hl (ε/2) hε2 with N hN,
  clear hε hl hε2,
  use N,
  intros p hp q hq,
  calc |u p - u q|
       = |(u p - l) + (l - u q)| : by ring_nf
   ... ≤ |u p - l|  + |l - u q|  : abs_add (u p - l) (l - u q)
   ... = |u p - l|  + |u q - l|  : congr_arg2 (+) rfl (abs_sub_comm l (u q))
   ... ≤ ε/2 + ε/2               : add_le_add (hN p hp) (hN q hq)
   ... = ε                       : add_halves ε,
end

-- 2ª demostración
example
  (h : suc_convergente u)
  : suc_cauchy u :=
begin
  intros ε hε,
  cases h with l hl,
  cases hl (ε/2) (half_pos hε) with N hN,
  clear hε hl,
  use N,
  intros p hp q hq,
  calc |u p - u q|
       = |(u p - l) + (l - u q)| : by ring_nf
   ... ≤ |u p - l|  + |l - u q|  : abs_add (u p - l) (l - u q)
   ... = |u p - l|  + |u q - l|  : congr_arg2 (+) rfl (abs_sub_comm l (u q))
   ... ≤ ε/2 + ε/2               : add_le_add (hN p hp) (hN q hq)
   ... = ε                       : add_halves ε,
end

-- 3ª demostración
example
  (h : suc_convergente u)
  : suc_cauchy u :=
begin
  intros ε hε,
  cases h with l hl,
  cases hl (ε/2) (half_pos hε) with N hN,
  clear hε hl,
  use N,
  intros p hp q hq,
  have cota1 : |u p - l| ≤ ε / 2 := hN p hp,
  have cota2 : |u q - l| ≤ ε / 2 := hN q hq,
  clear hN hp hq,
  calc |u p - u q|
       = |(u p - l) + (l - u q)| : by ring_nf
   ... ≤ |u p - l|  + |l - u q|  : abs_add (u p - l) (l - u q)
   ... = |u p - l|  + |u q - l|  : by rw abs_sub_comm l (u q)
   ... ≤ ε                       : by linarith,
end

-- 4ª demostración
example
  (h : suc_convergente u)
  : suc_cauchy u :=
begin
  intros ε hε,
  cases h with l hl,
  cases hl (ε/2) (half_pos hε) with N hN,
  clear hε hl,
  use N,
  intros p hp q hq,
  calc |u p - u q|
       = |(u p - l) + (l - u q)| : by ring_nf
   ... ≤ |u p - l|  + |l - u q|  : abs_add (u p - l) (l - u q)
   ... = |u p - l|  + |u q - l|  : by rw abs_sub_comm l (u q)
   ... ≤ ε                       : by linarith [hN p hp, hN q hq],
end

-- 5ª demostración
example
  (h : suc_convergente u)
  : suc_cauchy u :=
begin
  intros ε hε,
  cases h with l hl,
  cases hl (ε/2) (by linarith) with N hN,
  use N,
  intros p hp q hq,
  calc |u p - u q|
       = |(u p - l) + (l - u q)| : by ring_nf
   ... ≤ |u p - l|  + |l - u q|  : by simp [abs_add]
   ... = |u p - l|  + |u q - l|  : by simp [abs_sub_comm]
   ... ≤ ε                       : by linarith [hN p hp, hN q hq],
end

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import data.real.basic

variable {u : ℕ → ℝ }

notation `|`x`|` := abs x

def limite (u : ℕ → ℝ) (l : ℝ) : Prop :=

∀ ε > 0, ∃ N, ∀ n ≥ N, |u n - l| ≤ ε

def suc_convergente (u : ℕ → ℝ) :=

∃ l, limite u l

def suc_cauchy (u : ℕ → ℝ) :=

∀ ε > 0, ∃ N, ∀ p ≥ N, ∀ q ≥ N, |u p - u q| ≤ ε

-- 1ª demostración

example

(h : suc_convergente u)

: suc_cauchy u :=

begin

unfold suc_cauchy,

intros ε hε,

have hε2 : 0 < ε/2 := half_pos hε,

cases h with l hl,

cases hl (ε/2) hε2 with N hN,

clear hε hl hε2,

use N,

intros p hp q hq,

calc |u p - u q|

= |(u p - l) + (l - u q)| : by ring_nf

... ≤ |u p - l| + |l - u q| : abs_add (u p - l) (l - u q)

... = |u p - l| + |u q - l| : congr_arg2 (+) rfl (abs_sub_comm l (u q))

... ≤ ε/2 + ε/2 : add_le_add (hN p hp) (hN q hq)

... = ε : add_halves ε,

end

-- 2ª demostración

example

(h : suc_convergente u)

: suc_cauchy u :=

begin

intros ε hε,

cases h with l hl,

cases hl (ε/2) (half_pos hε) with N hN,

clear hε hl,

use N,

intros p hp q hq,

calc |u p - u q|

= |(u p - l) + (l - u q)| : by ring_nf

... ≤ |u p - l| + |l - u q| : abs_add (u p - l) (l - u q)

... = |u p - l| + |u q - l| : congr_arg2 (+) rfl (abs_sub_comm l (u q))

... ≤ ε/2 + ε/2 : add_le_add (hN p hp) (hN q hq)

... = ε : add_halves ε,

end

-- 3ª demostración

example

(h : suc_convergente u)

: suc_cauchy u :=

begin

intros ε hε,

cases h with l hl,

cases hl (ε/2) (half_pos hε) with N hN,

clear hε hl,

use N,

intros p hp q hq,

have cota1 : |u p - l| ≤ ε / 2 := hN p hp,

have cota2 : |u q - l| ≤ ε / 2 := hN q hq,

clear hN hp hq,

calc |u p - u q|

= |(u p - l) + (l - u q)| : by ring_nf

... ≤ |u p - l| + |l - u q| : abs_add (u p - l) (l - u q)

... = |u p - l| + |u q - l| : by rw abs_sub_comm l (u q)

... ≤ ε : by linarith,

end

-- 4ª demostración

example

(h : suc_convergente u)

: suc_cauchy u :=

begin

intros ε hε,

cases h with l hl,

cases hl (ε/2) (half_pos hε) with N hN,

clear hε hl,

use N,

intros p hp q hq,

calc |u p - u q|

= |(u p - l) + (l - u q)| : by ring_nf

... ≤ |u p - l| + |l - u q| : abs_add (u p - l) (l - u q)

... = |u p - l| + |u q - l| : by rw abs_sub_comm l (u q)

... ≤ ε : by linarith [hN p hp, hN q hq],

end

-- 5ª demostración

example

(h : suc_convergente u)

: suc_cauchy u :=

begin

intros ε hε,

cases h with l hl,

cases hl (ε/2) (by linarith) with N hN,

use N,

intros p hp q hq,

calc |u p - u q|

= |(u p - l) + (l - u q)| : by ring_nf

... ≤ |u p - l| + |l - u q| : by simp [abs_add]

... = |u p - l| + |u q - l| : by simp [abs_sub_comm]

... ≤ ε : by linarith [hN p hp, hN q hq],

end

Se puede interactuar con la prueba anterior en esta sesión con Lean.

En los comentarios se pueden escribir otras soluciones, escribiendo el código entre una línea con <pre lang="lean"> y otra con </pre>
[/expand]

[expand title=»Soluciones con Isabelle/HOL»]

theory Las_sucesiones_convergentes_son_sucesiones_de_Cauchy
imports Main HOL.Real
begin

definition limite :: "(nat ⇒ real) ⇒ real ⇒ bool"
  where "limite u c ⟷ (∀ε>0. ∃k::nat. ∀n≥k. ¦u n - c¦ < ε)"

definition suc_convergente :: "(nat ⇒ real) ⇒ bool"
  where "suc_convergente u ⟷ (∃ l. limite u l)"

definition suc_cauchy :: "(nat ⇒ real) ⇒ bool"
  where "suc_cauchy u ⟷ (∀ε>0. ∃k. ∀m≥k. ∀n≥k. ¦u m - u n¦ < ε)"

(* 1ª demostración *)
lemma
  assumes "suc_convergente u"
  shows   "suc_cauchy u"
proof (unfold suc_cauchy_def; intro allI impI)
  fix ε :: real
  assume "0 < ε"
  then have "0 < ε/2"
    by simp
  obtain a where "limite u a"
    using assms suc_convergente_def by blast
  then obtain k where hk : "∀n≥k. ¦u n - a¦ < ε/2"
    using ‹0 < ε / 2› limite_def by blast
  have "∀m≥k. ∀n≥k. ¦u m - u n¦ < ε"
  proof (intro allI impI)
    fix p q
    assume hp : "p ≥ k" and hq : "q ≥ k"
    then have hp' : "¦u p - a¦ < ε/2"
      using hk by blast
    have hq' : "¦u q - a¦ < ε/2"
      using hk hq by blast
    have "¦u p - u q¦ = ¦(u p - a) + (a - u q)¦"
      by simp
    also have "… ≤ ¦u p - a¦  + ¦a - u q¦"
      by simp
    also have "… = ¦u p - a¦  + ¦u q - a¦"
      by simp
    also have "… < ε/2 + ε/2"
      using hp' hq' by simp
    also have "… = ε"
      by simp
    finally show "¦u p - u q¦ < ε"
      by this
  qed
  then show "∃k. ∀m≥k. ∀n≥k. ¦u m - u n¦ < ε"
    by (rule exI)
qed

(* 2ª demostración *)
lemma
  assumes "suc_convergente u"
  shows   "suc_cauchy u"
proof (unfold suc_cauchy_def; intro allI impI)
  fix ε :: real
  assume "0 < ε"
  then have "0 < ε/2"
    by simp
  obtain a where "limite u a"
    using assms suc_convergente_def by blast
  then obtain k where hk : "∀n≥k. ¦u n - a¦ < ε/2"
    using ‹0 < ε / 2› limite_def by blast
  have "∀m≥k. ∀n≥k. ¦u m - u n¦ < ε"
  proof (intro allI impI)
    fix p q
    assume hp : "p ≥ k" and hq : "q ≥ k"
    then have hp' : "¦u p - a¦ < ε/2"
      using hk by blast
    have hq' : "¦u q - a¦ < ε/2"
      using hk hq by blast
    show "¦u p - u q¦ < ε"
      using hp' hq' by argo
  qed
  then show "∃k. ∀m≥k. ∀n≥k. ¦u m - u n¦ < ε"
    by (rule exI)
qed

(* 3ª demostración *)
lemma
  assumes "suc_convergente u"
  shows   "suc_cauchy u"
proof (unfold suc_cauchy_def; intro allI impI)
  fix ε :: real
  assume "0 < ε"
  then have "0 < ε/2"
    by simp
  obtain a where "limite u a"
    using assms suc_convergente_def by blast
  then obtain k where hk : "∀n≥k. ¦u n - a¦ < ε/2"
    using ‹0 < ε / 2› limite_def by blast
  have "∀m≥k. ∀n≥k. ¦u m - u n¦ < ε"
    using hk by (smt (z3) field_sum_of_halves)
  then show "∃k. ∀m≥k. ∀n≥k. ¦u m - u n¦ < ε"
    by (rule exI)
qed

(* 3ª demostración *)
lemma
  assumes "suc_convergente u"
  shows   "suc_cauchy u"
proof (unfold suc_cauchy_def; intro allI impI)
  fix ε :: real
  assume "0 < ε"
  then have "0 < ε/2"
    by simp
  obtain a where "limite u a"
    using assms suc_convergente_def by blast
  then obtain k where hk : "∀n≥k. ¦u n - a¦ < ε/2"
    using ‹0 < ε / 2› limite_def by blast
  then show "∃k. ∀m≥k. ∀n≥k. ¦u m - u n¦ < ε"
    by (smt (z3) field_sum_of_halves)
qed

end

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116

theory Las_sucesiones_convergentes_son_sucesiones_de_Cauchy

imports Main HOL.Real

begin

definition limite :: "(nat ⇒ real) ⇒ real ⇒ bool"

where "limite u c ⟷ (∀ε>0. ∃k::nat. ∀n≥k. ¦u n - c¦ < ε)"

definition suc_convergente :: "(nat ⇒ real) ⇒ bool"

where "suc_convergente u ⟷ (∃ l. limite u l)"

definition suc_cauchy :: "(nat ⇒ real) ⇒ bool"

where "suc_cauchy u ⟷ (∀ε>0. ∃k. ∀m≥k. ∀n≥k. ¦u m - u n¦ < ε)"

(* 1ª demostración *)

lemma

assumes "suc_convergente u"

shows "suc_cauchy u"

proof (unfold suc_cauchy_def; intro allI impI)

fix ε :: real

assume "0 < ε"

then have "0 < ε/2"

by simp

obtain a where "limite u a"

using assms suc_convergente_def by blast

then obtain k where hk : "∀n≥k. ¦u n - a¦ < ε/2"

using ‹0 < ε / 2› limite_def by blast

have "∀m≥k. ∀n≥k. ¦u m - u n¦ < ε"

proof (intro allI impI)

fix p q

assume hp : "p ≥ k" and hq : "q ≥ k"

then have hp' : "¦u p - a¦ < ε/2"

using hk by blast

have hq' : "¦u q - a¦ < ε/2"

using hk hq by blast

have "¦u p - u q¦ = ¦(u p - a) + (a - u q)¦"

by simp

also have "… ≤ ¦u p - a¦ + ¦a - u q¦"

by simp

also have "… = ¦u p - a¦ + ¦u q - a¦"

by simp

also have "… < ε/2 + ε/2"

using hp' hq' by simp

also have "… = ε"

by simp

finally show "¦u p - u q¦ < ε"

by this

qed

then show "∃k. ∀m≥k. ∀n≥k. ¦u m - u n¦ < ε"

by (rule exI)

qed

(* 2ª demostración *)

lemma

assumes "suc_convergente u"

shows "suc_cauchy u"

proof (unfold suc_cauchy_def; intro allI impI)

fix ε :: real

assume "0 < ε"

then have "0 < ε/2"

by simp

obtain a where "limite u a"

using assms suc_convergente_def by blast

then obtain k where hk : "∀n≥k. ¦u n - a¦ < ε/2"

using ‹0 < ε / 2› limite_def by blast

have "∀m≥k. ∀n≥k. ¦u m - u n¦ < ε"

proof (intro allI impI)

fix p q

assume hp : "p ≥ k" and hq : "q ≥ k"

then have hp' : "¦u p - a¦ < ε/2"

using hk by blast

have hq' : "¦u q - a¦ < ε/2"

using hk hq by blast

show "¦u p - u q¦ < ε"

using hp' hq' by argo

qed

then show "∃k. ∀m≥k. ∀n≥k. ¦u m - u n¦ < ε"

by (rule exI)

qed

(* 3ª demostración *)

lemma

assumes "suc_convergente u"

shows "suc_cauchy u"

proof (unfold suc_cauchy_def; intro allI impI)

fix ε :: real

assume "0 < ε"

then have "0 < ε/2"

by simp

obtain a where "limite u a"

using assms suc_convergente_def by blast

then obtain k where hk : "∀n≥k. ¦u n - a¦ < ε/2"

using ‹0 < ε / 2› limite_def by blast

have "∀m≥k. ∀n≥k. ¦u m - u n¦ < ε"

using hk by (smt (z3) field_sum_of_halves)

then show "∃k. ∀m≥k. ∀n≥k. ¦u m - u n¦ < ε"

by (rule exI)

qed

(* 3ª demostración *)

lemma

assumes "suc_convergente u"

shows "suc_cauchy u"

proof (unfold suc_cauchy_def; intro allI impI)

fix ε :: real

assume "0 < ε"

then have "0 < ε/2"

by simp

obtain a where "limite u a"

using assms suc_convergente_def by blast

then obtain k where hk : "∀n≥k. ¦u n - a¦ < ε/2"

using ‹0 < ε / 2› limite_def by blast

then show "∃k. ∀m≥k. ∀n≥k. ¦u m - u n¦ < ε"

by (smt (z3) field_sum_of_halves)

qed

end

En los comentarios se pueden escribir otras soluciones, escribiendo el código entre una línea con <pre lang="isar"> y otra con </pre>
[/expand]