Ejercicios — Capítulo 10

Fecha de última modificación

11 de octubre de 2026

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Las soluciones completas se encuentran en ANM-C10_SOLUCIONES.md. Justifica las respuestas y conserva el orden tolerancia, corte y dos índices. Verifica el codominio al aplicar existencia de límite.

10.1. Dos índices universales

Compara la definición de Cauchy con la condición: para todo \(\varepsilon>0\) y todo \(p\), existe \(q\ge p\) con \(|a_p-a_q|<\varepsilon\). ¿La segunda impone control?

10.2. Un corte recíproco

Prueba directamente que \(a_n=1/(n+1)\) es de Cauchy, dando un corte que incluya el índice cero cuando sirva.

10.3. Constantes y repetición

Prueba que toda sucesión constante es de Cauchy y explica por qué no se exigen valores distintos.

10.4. Simetría de los pares

Prueba que en la definición basta exigir el control para \(p>q\ge N\), además de recordar el caso de igualdad.

10.5. Una escala discreta de tolerancias

Demuestra que basta probar: para todo entero \(k\ge1\) existe \(N_k\) que controla todos los pares posteriores con distancia menor que \(1/k\).

10.6. Dos errores

Demuestra convergente implica Cauchy e identifica dónde se reparte la tolerancia.

10.7. Alternancia amortiguada

Prueba Cauchy directamente para \(a_n=(-1)^n/(n+1)\) y compara el corte con el de la sucesión positiva.

10.8. Radio no es diámetro

Si todos los términos de una cola están en \((L-r,L+r)\), prueba que sus distancias son menores que \(2r\). Da dos puntos de esa ventana separados por más de \(r\).

10.9. Transportar un corte conocido

Supón que \(|a_n-L|\le C/(n+1)\) para todos los índices y \(C\ge0\). Da un corte de Cauchy para cada tolerancia.

10.10. Una recíproca pendiente

Explica qué obligación falta después de demostrar que una convergente es de Cauchy. ¿La desigualdad triangular por sí sola la resuelve?

10.11. Ancla y prefijo

Reconstruye la prueba de acotación de una sucesión de Cauchy y trata por separado el corte cero.

10.12. La cota no basta

Da una sucesión real acotada que no sea de Cauchy y prueba ambas afirmaciones.

10.13. Intervalos de cola

Para \(a_n=1/(n+1)\), calcula \(I_N\) y sus anchuras. ¿Son intervalos de valores alcanzados?

10.14. Ancho no estricto

Prueba que si todos los pares de una cola tienen distancia menor que \(\eta\), entonces su intervalo de extremos tiene anchura a lo sumo \(\eta\).

10.15. La igualdad puede sobrevivir

Construye una sucesión de Cauchy cuya cola de corte cero tenga todas sus distancias menores que uno y anchura exactamente uno.

10.16. Comparar cortes distintos

Prueba \(\ell_M\le u_N\) para cualesquiera cortes \(M,N\) y explica por qué se necesita en la construcción del destino.

10.17. Existencia y comprobación

Construye \(L\) para una sucesión de Cauchy sin invocar convergencia monótona ni Bolzano–Weierstrass y verifica el límite.

10.18. Intersección única

Demuestra que la intersección de los intervalos de cola de una sucesión real de Cauchy es un singleton.

10.19. Recuperar el criterio desde anchuras

Para una sucesión real acotada, prueba que es de Cauchy si y sólo si \(u_N-\ell_N\to0\), sin usar el criterio de convergencia.

10.20. Conocer una extracción basta con Cauchy

Supón que \(a\) es de Cauchy y que \(a_{\varphi(k)}\to L\), donde \(\varphi:\mathbb N\to\mathbb N\) es estrictamente creciente. Demuestra directamente \(a_n\to L\).

10.21. Negación exacta

Escribe la negación de Cauchy y úsala para \(a_n=(-1)^n\).

10.22. Tolerancia móvil

¿Niega Cauchy que para cada corte haya dos términos distintos? Da un ejemplo que decida.

10.23. Bloques separados

Prueba que \(h_n=\sum_{j=1}^{n+1}1/j\) no es de Cauchy aunque \(h_{n+1}-h_n\to0\).

10.24. Vecindad de longitud fija

Prueba que para cada natural fijo \(r\), \(h_{n+r}-h_n\to0\) en el ejemplo anterior. ¿Por qué sigue fallando Cauchy?

10.25. Acotada con saltos pequeños

Construye una sucesión acotada con saltos que tienden a cero y que no sea de Cauchy. Sugerencia: concatena para \(m=1,2,\ldots\) los bloques \(0,1/m,\ldots,1,(m-1)/m,\ldots,0\).

10.26. Álgebra por distancias

Prueba directamente que suma, diferencia y escala real de sucesiones de Cauchy son de Cauchy, tratando el escalar cero.

10.27. Producto sin conocer destinos

Prueba que el producto de dos sucesiones reales de Cauchy es de Cauchy usando sus cotas globales.

10.28. Recíprocos y prefijo

Sea \(a\) de Cauchy y \(|a_n|\ge c>0\) para \(n\ge N_0\). Prueba que la sucesión \(b_k=1/a_{k+N_0}\) es de Cauchy. ¿Qué ocurre con términos cero anteriores?

10.29. Diferencia de Cauchy no es error nulo

Si \(a,b\) son de Cauchy y \(a-b\) también lo es, ¿deben tener el mismo límite? ¿Qué condición basta?

10.30. Valor absoluto no tiene recíproca

Prueba que \(a\) de Cauchy implica \(|a|\) de Cauchy y muestra que la vuelta falla.

10.31. Tres pasos racionales

Calcula los intervalos de bisección de §10.7 para \(n=0,1,2,3\) y comprueba los cuadrados de sus extremos.

10.32. Cauchy racional sin raíz presupuesta

Demuestra que los extremos inferiores de esa bisección son de Cauchy antes de construir su límite real.

10.33. El destino no es racional

Prueba que el límite real de los extremos inferiores tiene cuadrado dos y no puede ser límite en \(\mathbb Q\).

10.34. Un intervalo retiene el destino

Prueba que toda sucesión de Cauchy con valores en \([A,B]\), con \(A\le B\) reales, converge a un punto de ese mismo intervalo. Contrasta con \((0,1)\).

10.35. Conjunto finito

Demuestra que una sucesión con valores en un conjunto real finito no vacío es de Cauchy si y sólo si es eventualmente constante.

10.36. Saltos geométricos

Supón \(|a_{n+1}-a_n|\le5\,2^{-n}\). Prueba existencia de límite y da un corte que asegure error menor que \(\varepsilon\).

10.37. Sumar antes de tomar un límite

Prueba la identidad geométrica finita usada en §10.8 y explica por qué no presupone una serie convergente.

10.38. Error exacto en una iteración

Para \(x_0=0\) y \(x_{n+1}=(x_n+3)/2\), demuestra \(x_n=3(1-2^{-n})\) y compara su error con la cota general.

10.39. Iterar dentro de un intervalo

Sea \(F:[A,B]\to[A,B]\) con \(A\le B\) y \(|F(x)-F(y)|\le\rho|x-y|\), \(0<\rho<1\). Prueba que desde cualquier \(x_0\in[A,B]\) la iteración converge a un único punto fijo en ese intervalo.

10.40. La misma contracción con codominio incompleto

En \(X=\mathbb Q\cap[1,2]\), define \(F(x)=(x+2/x)/2\). Prueba que \(F:X\to X\) contrae distancias con factor \(1/2\) pero no tiene punto fijo en \(X\). Explica qué falla al trasladar el resultado anterior.

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