Доказательство существования производной при заданном пределе f'

Я почти закончил задачу от Малыша Рудина, но не могу понять последний шаг. Задача состоит в следующем (5.9):

Позволять ф быть:

  1. непрерывная действительная функция на р 1 ,
  2. из которых известно, что ф ( Икс ) существует для всех Икс 0 , и
  3. ф ( Икс ) 3 как Икс 0 .

следует ли из этого ф ( 0 ) существует?

Вот что у меня есть:

В силу (1) существует дельта 1 с | Икс | < дельта 1 | ф ( Икс ) ф ( 0 ) | < ϵ 3 . В силу (2) существует дельта 2 с | Икс т | < дельта 2 , Икс 0 | ф ( т ) ф ( Икс ) т Икс ф ( Икс ) | < ϵ 3 . В силу (3) существует дельта 3 с Икс 0 , | Икс | < дельта 3 | ф ( Икс ) 3 | < ϵ 3 .

Так когда | Икс | < мин ( дельта 1 , дельта 3 ) , | Икс т | < мин ( дельта 2 , 1 ) :

| ф ( т ) ф ( Икс ) т Икс ф ( Икс ) | + | ф ( Икс ) 3 | + | ф ( Икс ) ф ( 0 ) | < ϵ

| ф ( т ) ф ( Икс ) т Икс ф ( Икс ) + ф ( Икс ) 3 + ф ( Икс ) ф ( 0 ) | < ϵ

| ф ( т ) ф ( Икс ) т Икс ф ( Икс ) + ф ( Икс ) 3 + ф ( Икс ) ф ( 0 ) т Икс | < ϵ

| ф ( т ) ф ( 0 ) т Икс 3 | < ϵ

Что очень близко к

| ф ( т ) ф ( 0 ) т 3 | < ϵ

что даст решение проблемы. Но я не могу понять, какое условие поставить на x или tx, чтобы получить от | ф ( т ) ф ( 0 ) т Икс 3 | < ϵ к | ф ( т ) ф ( 0 ) т 3 | < ϵ . Любая помощь будет очень, очень признательна.

Ответы (4)

Самый чистый подход (при условии, что вам не хватает правила Лопиталя) заключается в следующем:

Данный ϵ > 0 , брать дельта > 0 такой, что для всех Икс где 0 < | Икс | < дельта , | ф ( Икс ) 3 | < ϵ . Тогда при любом т ул. 0 < | т | < дельта , возьмем по МВТ какой-нибудь с между т и 0 такой, что ф ( т ) ф ( 0 ) т "=" ф ( с ) . Затем 0 < | с | < дельта , так | ф ( с ) 3 | < ϵ , так | ф ( т ) ф ( 0 ) т 3 | < ϵ .

Это доказывает, что лим т 0 ф ( т ) ф ( 0 ) т "=" 3 . Так ф ( 0 ) "=" 3 .

Это в основном ответ, предложенный Snoop, но он не зависит от определения функции. у (что требует аксиомы выбора).

Спасибо! Есть ли способ перейти от последнего шага к ответу? Ваш подход намного лучше, но я просто немного расстроен из-за всего этого дельта - ϵ работать не зря.

Вы можете использовать правило Лопиталя:

лим т 0 ф ( т ) ф ( 0 ) т "=" лим т 0 ф ( т ) ,
и лим т 0 ф ( т ) "=" 3 по предположению. Итак, у нас есть
лим т 0 ф ( т ) ф ( 0 ) т "=" 3 ,
и так ф ( 0 ) "=" 3 .

Функция непрерывна на р и дифференцируема на любом открытом интервале, не содержащем 0 . Таким образом, с помощью MVT и принятия предела

лим Икс 0 ф ( Икс ) ф ( 0 ) Икс 0 "=" лим Икс 0 ф ( у ( Икс ) )
Как у ( Икс ) 0 затем лим у 0 ф ( у ) "=" 3 . Но по определению производной
ф ( 0 ) "=" лим Икс 0 ф ( Икс ) ф ( 0 ) Икс 0
поскольку предел существует и 3 , затем ф ( 0 ) "=" 3 .

Если час 0 то по теореме Лагранжа

| ф ( час ) ф ( 0 ) час 3 | | ф ( с ) 3 | 0
как час 0. Аналогично, когда час 0.

Вы имеете в виду "Если час > 0 ", конечно?