Ejercicios — Capítulo 6

Fecha de última modificación

11 de octubre de 2026

Índice del libro · Capítulo 6 · Ejercicios · Soluciones

Se conserva \(\mathbb N=\{0,1,2,\ldots\}\). Cada ejercicio utiliza las herramientas disponibles hasta la sección a la que pertenece. Justifica las afirmaciones y declara los dominios cuando se construyan objetos nuevos.

§6.1

1. Ventanas con lados distintos

Fija una sucesión \(a:\mathbb N\to\mathbb R\) y \(A\in\mathbb R\). Compara la afirmación \(a_n\to A\) con la siguiente: para cada \(r,s>0\) existe \(N\in\mathbb N\) tal que \(A-r<a_n<A+s\) para todo \(n\ge N\). Demuestra la equivalencia e identifica qué datos se fijan y cuáles se eligen.

2. Lo que un prefijo no decide

Dados \(m\in\mathbb N\) y \(x_0,\ldots,x_m\in\mathbb R\), construye dos sucesiones que coincidan con esos datos: una que converja a 0 y otra que no converja a 0. Justifica ambas afirmaciones sin inferir propiedades de una cola a partir de una muestra. Explica qué comparten sus gráficas para \(0\le n\le m\).

3. Una familia con destino común

Fija \(T\in\mathbb N\) y \(A\in\mathbb R\). Para cada familia de reales \(x=(x_0,\ldots,x_{T-1})\), define \(a^x_n=x_n\) si \(n<T\) y \(a^x_n=A\) si \(n\ge T\). Describe el caso \(T=0\), demuestra directamente la convergencia a \(A\) y determina cuándo \(a^x=a^y\) como funciones. ¿La igualdad del candidato obliga a esa igualdad de funciones?

4. Qué familia de ventanas basta

Demuestra que \(a_n\to A\) equivale a que todo intervalo abierto \((u,v)\) con \(u<A<v\) capture una cola. Compara esta condición con la captura por cada vecindad de \(A\), entendiendo vecindad en el sentido de C04.

§6.2

5. Un candidato elegido demasiado tarde

Alguien escribe: «Para cada \(\varepsilon>0\) puedo elegir \(A_\varepsilon\in\mathbb R\) y \(N_\varepsilon\in\mathbb N\) que satisfacen \(|a_n-A_\varepsilon|<\varepsilon\) para todos los índices \(n\ge N_\varepsilon\). Por tanto, \(a_n\to0\)». Localiza la falta en esa conclusión y refútala con una sucesión concreta. ¿Cuál sería la obligación correcta para acreditar el candidato 0? No se pide decidir si la premisa implica alguna otra propiedad.

6. Negar la existencia de un destino

Escribe con todos sus dominios la afirmación «\(a\) no converge a ningún número real» y deriva su forma cuantificada desde la negación de «existe \(A\in\mathbb R\) al que converge». Compara el orden de elecciones con la refutación de un candidato fijo.

7. Visitar sin permanecer

Construye una sucesión real que tome el valor 0 en índices arbitrariamente tardíos y que también tome valores de módulo al menos 2 arbitrariamente tarde, sin ser una sucesión de sólo dos valores. Verifica que visita toda bola alrededor de 0 después de cada corte y que no converge a 0.

8. Cambiar la frontera del error

Compara la definición usual de \(a_n\to A\) con la condición que exige \(|a_n-A|\le\varepsilon\) eventualmente para cada \(\varepsilon>0\). Demuestra su equivalencia y deriva la negación de la segunda condición. Explica por qué las distintas desigualdades en las negaciones no cambian su alcance global.

9. Sólo tolerancias pequeñas

Sea \(r>0\) fijo. Demuestra que basta verificar la captura con error estricto para todas las tolerancias \(\delta\) tales que \(0<\delta<r\) para acreditar \(a_n\to A\). ¿Basta verificar únicamente la tolerancia \(r\)? Justifica la respuesta.

§6.3

10. Centro, escala y denominador

Fija \(A,c\in\mathbb R\) y \(d,e>0\). Para \(a_n=A+c/(dn+e)\), demuestra directamente que \(a_n\to A\). Da un umbral explícito para cada \(\varepsilon>0\), trata \(c=0\) y verifica que la sucesión está definida también en \(n=0\).

11. Dos cortes defectuosos

Para la familia del ejercicio 10 con \(c\ne0\), se proponen \(N_1=\max\{0,\lfloor(|c|/\varepsilon-e)/d\rfloor\}\) y \(N_2=\lfloor|c|/(d\varepsilon)\rfloor-1\). Refuta cada propuesta como fórmula válida para todos los parámetros: muestra una falla de estrictitud de \(N_1\) y una falla de dominio de \(N_2\). Repara ambas con un testigo universal suficiente.

12. Un prefijo arbitrario

Sea \(T\in\mathbb N\). Define \(a_n=x_n\) para \(n<T\), con valores reales arbitrarios, y \(a_n=A+c/(dn+e)\) para \(n\ge T\), donde \(A,c\in\mathbb R\) y \(d,e>0\). Prueba \(a_n\to A\) desde la definición, sin usar aún invariancia por modificaciones finitas. Cubre el prefijo vacío.

13. Un corte suficiente y el menor corte

Considera \(a_n=2/(n+3)\) y candidato 0. Para cada \(\varepsilon>0\), determina el menor umbral natural que da error estricto en toda la cola. Compáralo con \(K=\lfloor2/\varepsilon\rfloor+1\). Examina \(\varepsilon=2/5\) y \(\varepsilon=1\), e identifica el papel de la frontera.

14. Dos valores que no desaparecen

Sean \(p,q\in\mathbb R\), \(p\ne q\), y una sucesión \(a\). Supón que existen fórmulas \(i,j:\mathbb N\to\mathbb N\) tales que \(i(N),j(N)\ge N\), \(a_{i(N)}=p\) y \(a_{j(N)}=q\) para cada \(N\). Demuestra que \(a\) no converge a ningún real. Construye además un ejemplo con \(p=-2\), \(q=4\) y valores adicionales en otros índices.

§6.4

15. Cómo repartir una separación

En una prueba de unicidad con candidatos distintos \(A,B\), escribe \(D=|A-B|\). Se desean tolerancias \(\alpha D\) y \(\beta D\), con \(\alpha,\beta>0\). Determina cuándo la triangular y las dos capturas bastan por sí solas para dar contradicción. Explica qué ocurre cuando \(\alpha+\beta>1\).

16. Transportar índices y cortes

Fija \(T\in\mathbb N\), una sucesión \(a\) y \(A\in\mathbb R\). Compara \(r=a|_{\mathbb N_{\ge T}}\) con \(b_k=a_{T+k}\). Declara dominios y codominios y escribe el transporte \(k\mapsto T+k\) y su inversa. Para una tolerancia, transforma un umbral de \(a\) en uno de \(b\), y un umbral de \(b\) en uno de \(a\), justificando las dos capturas.

17. Tres funciones y un destino

Construye tres sucesiones reales distintas que converjan a 0, de modo que las dos primeras coincidan eventualmente y la tercera difiera de ambas en todos los índices suficientemente grandes. Justifica la convergencia y explica qué igualdades se conservan y cuáles no.

18. Alguna cola y todas las colas

Para \(a:\mathbb N\to\mathbb R\) y \(A\in\mathbb R\), prueba la equivalencia de: \(a_n\to A\); existe \(T\in\mathbb N\) tal que \(a_{T+k}\to A\) al recorrer \(k\in\mathbb N\); para cada \(T\in\mathbb N\) esa cola reindexada converge a \(A\). Distingue el candidato común de los cortes, que pueden variar.

§6.5

19. Acotar con otra tolerancia

Supón \(a_n\to A\). Para \(r>0\), sea \(N_r\) un umbral con error menor que \(r\). Construye una cota global usando esa cola y el prefijo, incluido \(N_r=0\). Para \(a_0=20\), \(a_n=0\) si \(n\ge1\), compara las cotas obtenidas con \(r=1,N_r=1\) y con \(r=30,N_r=0\). ¿Se minimiza necesariamente la cota eligiendo una tolerancia mayor?

20. Qué decide el módulo

Construye una sucesión \(a\) cuyo módulo converja a un número positivo pero que no converja a ningún real. Demuestra, por contraste, que \(|b_n|\to0\) sí obliga a \(b_n\to0\). Da un ejemplo de esta segunda situación con signos alternantes.

21. Un coeficiente variable controlado

Sean \(u_n\to0\), \(v:\mathbb N\to\mathbb R\) y \(C:\mathbb N\to\mathbb R\). Supón que \(|v_n|\le C_n|u_n|\) desde \(T\) y que \(0\le C_n\le M\) desde \(S\), con \(M\ge0\) fijo. Demuestra \(v_n\to0\) y separa \(M=0\) de \(M>0\). Explica qué sustituye a la constancia del coeficiente.

22. Una comparación intermitente

Examina este argumento: «\(u_n\to0\) y, después de cada corte, hay un índice con \(|v_n|\le3|u_n|\); luego \(v_n\to0\)». Construye un contraejemplo y localiza el cuantificador que falta. Formula una reparación suficiente y demuéstrala.

23. Compartir destino por un error pequeño

Supón \(a_n-b_n\to0\). Demuestra que \(a_n\to A\) si y sólo si \(b_n\to A\), para un candidato real fijo \(A\). Usa la definición y la triangular; no invoques la regla posterior de suma de límites.

§6.6

24. Un reparto a medida

Sean \(a_n\to A\), \(b_n\to B\), \(c,d\in\mathbb R\) y \(0<\theta<1\). Construye una prueba de \(ca_n+db_n\to cA+dB\) que reserve \(\theta\varepsilon\) al primer error y \((1-\theta)\varepsilon\) al segundo. Trata los coeficientes nulos y da un ejemplo de reparto no simétrico.

25. Una cantidad finita de operaciones

Para \(m\ge1\), sean \(a^{(1)},\ldots,a^{(m)}\) sucesiones con \(a^{(j)}_n\to A_j\). Demuestra que la suma de sus términos converge a \(\sum_{j=1}^m A_j\) y que su producto converge a \(\prod_{j=1}^m A_j\). Usa inducción y las reglas binarias demostradas. Describe también el caso de familia vacía con las convenciones usuales.

26. Leer un producto al revés

Se afirma: «Si \(a_nb_n\) converge, ambos factores convergen». Refuta la afirmación con un producto idénticamente cero y con un producto idénticamente no nulo. En el segundo caso comprueba que ninguno de los factores tiene límite real.

27. Un factor pequeño y otro acotado

Supón \(u_n\to0\) y \(|p_n|\le M\) desde \(T\), con \(M\ge0\) fijo. Prueba \(u_np_n\to0\) sin suponer convergencia de \(p\). Da un ejemplo en que esa última convergencia falle.

28. El inverso como conjunto de obligaciones

Supón \(b_n\to B\ne0\) y \(|b_n|>|B|/2\) desde \(T\). Para cualquier prefijo real \(x_0,\ldots,x_{T-1}\), define \(c^x_n=x_n\) si \(n<T\) y \(c^x_n=1/b_n\) si \(n\ge T\). Organiza la prueba de \(c^x_n\to1/B\) en cuatro obligaciones: margen, definición, estimación y transferencia. Compara dos prefijos distintos.

29. Un denominador negativo con ceros

Construye una sucesión \(b\) con \(b_0=b_1=0\), límite −2 y términos no nulos desde 2. Toma \(a_n=3+1/(n+1)\). Define dos sucesiones distintas que extiendan el cociente \(a_n/b_n\) desde 2 y demuestra que ambas convergen a −3/2. Comprueba un margen explícito para el denominador.

30. Tres cálculos que necesitan una auditoría

Examina las propuestas siguientes: (i) \((3n+2)/(2n+5)\) tiene límite «\(\lim(3n+2)/\lim(2n+5)\)»; (ii) con \(h_n=1/(n+1)\), \(h_n/h_n\) tiene límite «0/0»; (iii) \((-1)^n/h_n\) tiene límite «un número dividido por 0». Localiza los usos ilegítimos, resuelve los casos (i) y (ii) mediante identidades válidas y decide si (iii) tiene algún límite real sin usar límites infinitos.

31. Construir un cociente y revisar su margen

Sean \(a_n\to A\) y \(b_n\to B\). Determina cuándo puedes proponer coeficientes reales \(r,s,t,u\) para los que \(D=tA+uB\ne0\) y estudia la expresión \((ra_n+sb_n)/(ta_n+ub_n)\). Justifica un margen eventual, define un cociente real en todo \(\mathbb N\) aunque haya ceros iniciales y determina su límite. Da dos ejemplos con \(D=0\) que impidan asignar una conclusión única por esa fórmula.

§6.7

32. Llegar a la frontera de un intervalo

Sean \(p<q\) reales, \(a_n\to A\) y \(p\le a_n\le q\) eventualmente. Prueba \(A\in[p,q]\). Decide si la conclusión puede sustituirse por \(A\in(p,q)\) cuando todos los términos tardíos están en ese intervalo abierto. Construye un ejemplo que llegue a cada frontera.

33. Orden estricto y margen uniforme

Construye \(a,b\) con \(a_n<b_n\) en todos los índices y límite común 2. Construye también \(c,d\) con límites distintos y \(c_n+\delta\le d_n\) para alguna constante \(\delta>0\). Demuestra en general que ese margen, junto con la convergencia de ambos factores, obliga a que el primer límite sea estrictamente menor que el segundo.

34. Dos presupuestos de error exteriores

Sean \(r_n,s_n\ge0\) con \(r_n\to0\), \(s_n\to0\), y supón \(L-r_n\le a_n\) desde \(T_1\) y \(a_n\le L+s_n\) desde \(T_2\). Demuestra directamente \(a_n\to L\) sin presuponer su convergencia ni exigir que las dos cotas de error coincidan.

35. Una frontera conocida sólo por su módulo

Se propone: «\(u_n\le a_n\le v_n\) eventualmente, \(|u_n|\to1\) y \(v_n\to1\); por el sándwich, \(a_n\to1\)». Refuta la propuesta con un ejemplo en que \(u\) no tenga límite real. Formula una reparación sobre la frontera inferior y justifica el resultado.

36. Una caracterización por fronteras

Prueba que \(a_n\to L\) equivale a la existencia de sucesiones \(u,v\) tales que \(u_n\le a_n\le v_n\) eventualmente y \(u_n,v_n\to L\). En la dirección que construye fronteras desde \(a\), procura que éstas tengan fórmulas distintas y justifica la captura sin importar resultados posteriores.

§6.8

37. Dos recorridos para una expresión racional

Para \(f_n=(5n+2)/(2n+3)\), demuestra su convergencia por una estimación directa del error y por normalización con \(h_n=1/(n+1)\). Determina el candidato, construye un testigo suficiente y revisa los denominadores en todo \(\mathbb N\).

38. Una perturbación que conserva el destino

Sea \(a_n\to A\). Diseña una sucesión \(p\) sin límite real pero eventualmente acotada, y una sucesión \(b\) con prefijo arbitrario que desde un corte \(T\) satisfaga \(b_n=a_n+p_n/(n+1)\). Demuestra \(b_n\to A\) e identifica qué partes del argumento no necesitan un límite de \(p\).

39. Qué puede recuperarse de las operaciones

Para sucesiones reales \(a,b\), estudia estas afirmaciones, con cocientes globalmente definidos cuando se mencionan: (i) si \(a_n+b_n\to S\) y \(a_n\to A\), entonces \(b_n\to S-A\); (ii) si \(a_nb_n\to P\) y \(a_n\to A\ne0\), entonces \(b_n\to P/A\); (iii) si \(a_n/b_n\to Q\) y \(b_n\to B\), entonces \(a_n\to QB\), incluso si \(B=0\); (iv) la convergencia simultánea de la suma y el producto obliga a converger a ambos factores; (v) en (ii) basta \(A=0\). Justifica las inferencias o construye contraejemplos.

40. Cambiar todo el orden de los índices

Sea \(\pi:\mathbb N\to\mathbb N\) una biyección y \(b_n=a_{\pi(n)}\). Demuestra que \(a_n\to A\) si y sólo si \(b_n\to A\), sin suponer que la permutación conserve el orden ni que \(a,b\) coincidan eventualmente. Construye el corte usando la preimagen de un prefijo finito, trata el caso vacío y demuestra la dirección inversa.

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