Límite de sucesiones no decrecientes
En Lean, una sucesión u₀, u₁, u₂, … se puede representar mediante una función (u : ℕ → ℝ) de forma que u(n) es uₙ.
En Lean, se define que a es el límite de la sucesión u, por
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def limite (u: ℕ → ℝ) (a: ℝ) := ∀ ε > 0, ∃ N, ∀ n ≥ N, |u n - a| < ε <pre lang="text"> donde se usa la notación |x| para el valor absoluto de x <pre lang="text"> notation `|`x`|` := abs x |
y que la sucesión u es no decreciente por
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def no_decreciente (u : ℕ → ℝ) := ∀ n m, n ≤ m → u n ≤ u m |
Demostrar que si u es una sucesión no decreciente y su límite es a, entonces u(n) ≤ a para todo n.
Para ello, completar la siguiente teoría de Lean:
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import data.real.basic import tactic variable {u : ℕ → ℝ} variable (a : ℝ) notation `|`x`|` := abs x def limite (u : ℕ → ℝ) (a : ℝ) := ∀ ε > 0, ∃ m, ∀ n ≥ m, |u n - a| < ε def no_decreciente (u : ℕ → ℝ) := ∀ n m, n ≤ m → u n ≤ u m example (h : limite u a) (h' : no_decreciente u) : ∀ n, u n ≤ a := sorry |
[expand title=»Soluciones con Lean»]
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import data.real.basic import tactic variable {u : ℕ → ℝ} variable (a : ℝ) notation `|`x`|` := abs x def limite (u : ℕ → ℝ) (a : ℝ) := ∀ ε > 0, ∃ m, ∀ n ≥ m, |u n - a| < ε def no_decreciente (u : ℕ → ℝ) := ∀ n m, n ≤ m → u n ≤ u m -- 1ª demostración example (h : limite u a) (h' : no_decreciente u) : ∀ n, u n ≤ a := begin intro n, by_contradiction H, push_neg at H, replace H : u n - a > 0 := sub_pos.mpr H, cases h (u n - a) H with m hm, let k := max n m, specialize hm k (le_max_right _ _), specialize h' n k (le_max_left _ _), replace hm : |u k - a| < u k - a, by calc |u k - a| < u n - a : hm ... ≤ u k - a : sub_le_sub_right h' a, rw ← not_le at hm, apply hm, exact le_abs_self (u k - a), end -- 2ª demostración example (h : limite u a) (h' : no_decreciente u) : ∀ n, u n ≤ a := begin intro n, by_contradiction H, push_neg at H, cases h (u n - a) (by linarith) with m hm, specialize hm (max n m) (le_max_right _ _), specialize h' n (max n m) (le_max_left _ _), rw abs_lt at hm, linarith, 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>
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[expand title=»Soluciones con Isabelle/HOL»]
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theory Limite_de_sucesiones_no_decrecientes imports Main HOL.Real begin definition limite :: "(nat ⇒ real) ⇒ real ⇒ bool" where "limite u a ⟷ (∀ε>0. ∃N. ∀k≥N. ¦u k - a¦ < ε)" definition no_decreciente :: "(nat ⇒ real) ⇒ bool" where "no_decreciente u ⟷ (∀ n m. n ≤ m ⟶ u n ≤ u m)" (* 1ª demostración *) lemma assumes "limite u a" "no_decreciente u" shows "∀ n. u n ≤ a" proof (rule allI) fix n show "u n ≤ a" proof (rule ccontr) assume "¬ u n ≤ a" then have "a < u n" by (rule not_le_imp_less) then have H : "u n - a > 0" by (simp only: diff_gt_0_iff_gt) then obtain m where hm : "∀p≥m. ¦u p - a¦ < u n - a" using assms(1) limite_def by blast let ?k = "max n m" have "n ≤ ?k" by (simp only: assms(2) no_decreciente_def) then have "u n ≤ u ?k" using assms(2) no_decreciente_def by blast have "¦u ?k - a¦ < u n - a" by (simp only: hm) also have "… ≤ u ?k - a" using ‹u n ≤ u ?k› by (rule diff_right_mono) finally have "¦u ?k - a¦ < u ?k - a" by this then have "¬ u ?k - a ≤ ¦u ?k - a¦" by (simp only: not_le_imp_less) moreover have "u ?k - a ≤ ¦u ?k - a¦" by (rule abs_ge_self) ultimately show False by (rule notE) qed qed (* 2ª demostración *) lemma assumes "limite u a" "no_decreciente u" shows "∀ n. u n ≤ a" proof (rule allI) fix n show "u n ≤ a" proof (rule ccontr) assume "¬ u n ≤ a" then have H : "u n - a > 0" by simp then obtain m where hm : "∀p≥m. ¦u p - a¦ < u n - a" using assms(1) limite_def by blast let ?k = "max n m" have "¦u ?k - a¦ < u n - a" using hm by simp moreover have "u n ≤ u ?k" using assms(2) no_decreciente_def by simp ultimately have "¦u ?k - a¦ < u ?k - a" by simp then show False by simp qed qed (* 3ª demostración *) lemma assumes "limite u a" "no_decreciente u" shows "∀ n. u n ≤ a" proof fix n show "u n ≤ a" proof (rule ccontr) assume "¬ u n ≤ a" then obtain m where hm : "∀p≥m. ¦u p - a¦ < u n - a" using assms(1) limite_def by fastforce let ?k = "max n m" have "¦u ?k - a¦ < u n - a" using hm by simp moreover have "u n ≤ u ?k" using assms(2) no_decreciente_def by simp ultimately show False by simp qed qed end |
En los comentarios se pueden escribir otras soluciones, escribiendo el código entre una línea con <pre lang="isar"> y otra con </pre>
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