Autor Tema: Demostrar que el límite de x^2 cuando x tiende a 2 es 4

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23 Febrero, 2014, 09:39 pm
Respuesta #10

Piockñec

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Lo que aquí dice literalmente es falso:

Entonces, tenemos que demostrar que \( 0<\left |{x^2-4}\right |<\epsilon \), para cualquier épsilon, sujeto a la restricción de que existe un \( \delta \) tal que \( 0<\left |{x-2}\right |<\delta \)

Otra cosa es que no sea eso lo que quisieras decir, pero, según la gramática española, eso es lo mismo que decir: partiendo de la restricción de que existe un \( \delta \) tal que \( 0<\left |{x-2}\right |<\delta \), hay que demostrar que  \( 0<\left |{x^2-4}\right |<\epsilon \), para cualquier épsilon, y eso no es posible. Esa igualdad no puede darse nunca para cualquier épsilon, cuando \( x\neq 2 \) ya está fijado.

La definición de límite en la que ambos estamos de acuerdo es:

\( lim(x\rightarrow{}c)(f(x))=L\Longleftrightarrow{}\forall{\epsilon>0}\exists{\delta>0}/(0<\left |{x-c}\right |<\delta\longrightarrow{}\left |{f(x)-L}\right |<\epsilon) \)

Según yo leo (que ya digo, se me da regular leer matemático), que el límite de una función cuando x tiende a c valga L es equivalente a decir que para todo épsilon positivo (dicho de otra forma, para un epsilon de cualquier valor positivo) existe un delta positivo (dicho de otra forma, un simbolito delta que tiene valor positivo) tal que: (Que x-c en valor absoluto esté comprendido entre 0 y delta (1), implique que f(x)-L en valor absoluto esté comprendido entre 0 y épsilon (2)).

Por tanto, entiendo que hay que demostrar esa proposición entre paréntesis, ¿el qué? Que una cosa (1) implique la otra necesariamente (2). Por eso parto de (1) hasta demostrar (2). Que sí, que puedo simplificar y jugar con (2) para demostrar algo "equivalente" (como por ejemplo que demostrar (2) \( 0<\left |{x^2-4}\right |<\epsilon \) es equivalente a demostrar \( 0<\left |{x+2}\right | \left |{x-2}\right |<\epsilon \)). Pero el camino es ese, ¿o estoy equivocado? Es que por tu respuesta, Carlos, me parece que estoy equivocado, ¡y seguro que así es! pero no logro entender por qué lo estoy. ¿Qué está mal de lo que he expuesto hasta ahora en este comentario? Uso mi conocimiento, tal vez falso, de que para demostrar B, hay que partir de unas verdades. Y mi verdad es A, más las reglas de las inecuaciones y funciones (la destreza que yo tenga con esas reglas, es comentario aparte :P). Y puedo hacerlo por reducción al absurdo, por el método que quiera mientras sea válido. Pero no puedo usar B en la demostración (pero sí puedo demostrar que, demostrar eso, es equivalente a demostrar otra cosa. Es lo único que puedo hacer con B, no?)

Lo que no entiendo es... ¿por qué no es válida la demostración? ¿No se puede definir delta implícitamente en épsilon? Al fin y al cabo, épsilon es un valor cualquiera positivo, y si delta queda en función de épsilon de tal forma que para todo épsilon positivo los deltas también sean positivos, voilà (si todos los deltas quedaran no-positivos en la función resultante, se concluiría que no existe tal delta positivo, y por tanto no habría límite).

Una última cosa, creo entender por qué lo del épsilon/5, lo del mínimo y eso (pero estás cogiendo, intuitivamente, un delta concreto que sabes que cumple los requisitos. Y este ejemplo creo que es sencillo (aunque a mí me cueste la vida...), pero en límites más "díficles" (como por ejemplo límite cuando x tiende a 0 de \( \sin(x)^2*x*e^x \), que es evidentemente 0, pero con épsilon delta...) tales intuiciones y especificaciones de deltas en función de épsilon "prematuros" pueden ser empresa arriesgada que acabe en fracaso, y así una y otra vez... nunca he visto ensayo y error un método aceptable (salvo emergencias :D), y en este caso concreto pablitotontito no lo ha hecho por ensayo y error, pero esa misma lógica que ha usado, en situaciones un pelín más complicadas, se torna imposible, creo!

P.D: Muchísimas gracias por la ayuda, que creo que estoy entendiendo bien el ejemplo :) A mí me gusta entender muy bien una situación, porque si la entiendo soy capaz de resolver las más difíciles. Pero creo que aún no he entendido del todo... ahí están mis dudas ;) ¡¡¡Gracias!!!

23 Febrero, 2014, 10:20 pm
Respuesta #11

Juan Pablo Sancho

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Lo de arreglar el \(  \frac{\epsilon}{5}  \) es para que quede bonito, al final te quedaria algo como \(  A\cdot \epsilon  \) donde \(  A \in R^+  \).
Como el \(  \epsilon  \) se puede hacer tan pequeño como quieras \(   A\cdot \epsilon  \) se hará tan pequeño como quieras.

23 Febrero, 2014, 10:39 pm
Respuesta #12

Piockñec

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Buscando por internet he leído un post donde se trataba de explicar el épsilon-delta.

http://www.ehowenespanol.com/pruebas-epsilon-delta-como_220337/

De nuevo, me confundió, pero creo haber advertido una cosa: En este caso, se puede partir de B para demostrar A, ya que las nuevas ecuaciones e inecuaciones son "equivalentes", en el sentido más puro de "ecuaciones equivalentes" que uno estudia en secundaria, así que puedo demostrar en un sentido y en otro, demostrando doble equivalencia (dicho de otra forma, demostrar vía arreglos algebraicos que A -> B, es lo mismo que demostrar que A <-> B, y lo mismo con B -> A, que equivale a decir B <-> A, pero esto sólo es porque son arreglos algebraicos, ecuaciones, e inecuaciones, verdad??? Creo que lo he entendido...)

Y ya entiendo tu forma de razonar, pablitotontito!!! :D Has manipulado (2) \( \left |{x^2-4}\right | \) en absoluto para convertirlo en \( \left |{x-2}\right | \left |{x+2}\right | \), y querías acotarlo para llegar hasta la inecuación (1). Para ello, has advertido de que si (1) se cumpliera, también habría que cumplirse que \( 3<x+2<5 \), y por tanto, como mucho x+2 valdrá 5. Si uno multilpica por delta, teniendo en cuenta (1) de nuevo, obtendrías que \( (x+2) \left |{x-2}\right |<5\delta \), y haciendo delta igual a lo que tú dices, quedaría acotado, siempre que x+2 sea mayor que 0 (3), que sucederá ya que (1) dice que x cumple \( -\delta+2<x<\delta+2 \) y por tanto \( \dfrac{-\epsilon+10}{5}<x<\dfrac{\epsilon+10}{5} \), es decir, que para que se cumpla (3), \( \dfrac{-\epsilon+10}{5}<-2\longrightarrow{}\epsilon<20 \). Hmmm ya no es para todo épsilon, sino para los que sean menores que 20. Madre mía :'(

23 Febrero, 2014, 10:59 pm
Respuesta #13

Carlos Ivorra

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La definición de límite en la que ambos estamos de acuerdo es:

\( lim(x\rightarrow{}c)(f(x))=L\Longleftrightarrow{}\forall{\epsilon>0}\exists{\delta>0}/(0<\left |{x-c}\right |<\delta\longrightarrow{}\left |{f(x)-L}\right |<\epsilon) \)

Según yo leo (que ya digo, se me da regular leer matemático), que el límite de una función cuando x tiende a c valga L es equivalente a decir que para todo épsilon positivo (dicho de otra forma, para un epsilon de cualquier valor positivo) existe un delta positivo (dicho de otra forma, un simbolito delta que tiene valor positivo) tal que: (Que x-c en valor absoluto esté comprendido entre 0 y delta (1), implique que f(x)-L en valor absoluto esté comprendido entre 0 y épsilon (2)).

Exacto.

Por tanto, entiendo que hay que demostrar esa proposición entre paréntesis, ¿el qué? Que una cosa (1) implique la otra necesariamente (2). Por eso parto de (1) hasta demostrar (2). Que sí, que puedo simplificar y jugar con (2) para demostrar algo "equivalente" (como por ejemplo que demostrar (2) \( 0<\left |{x^2-4}\right |<\epsilon \) es equivalente a demostrar \( 0<\left |{x+2}\right | \left |{x-2}\right |<\epsilon \)). Pero el camino es ese, ¿o estoy equivocado?

Sí, en teoría partes de (1) para llegar a (2), y nada impide que tengas éxito así. Sólo te digo que no suele ser el camino más práctico. Siempre es mejor partir del miembro izquierdo de (2) y tratar de llegar al \( \epsilon \) de la derecha usando (1) en el momento oportuno. Eso es lo que suele funcionar mejor.

Es que por tu respuesta, Carlos, me parece que estoy equivocado, ¡y seguro que así es! pero no logro entender por qué lo estoy. ¿Qué está mal de lo que he expuesto hasta ahora en este comentario?

Nada.

Uso mi conocimiento, tal vez falso, de que para demostrar B, hay que partir de unas verdades. Y mi verdad es A, más las reglas de las inecuaciones y funciones (la destreza que yo tenga con esas reglas, es comentario aparte :P). Y puedo hacerlo por reducción al absurdo, por el método que quiera mientras sea válido. Pero no puedo usar B en la demostración (pero sí puedo demostrar que, demostrar eso, es equivalente a demostrar otra cosa. Es lo único que puedo hacer con B, no?)

Aquí me pierdo un poco.


Lo que no entiendo es... ¿por qué no es válida la demostración? ¿No se puede definir delta implícitamente en épsilon? Al fin y al cabo, épsilon es un valor cualquiera positivo, y si delta queda en función de épsilon de tal forma que para todo épsilon positivo los deltas también sean positivos, voilà (si todos los deltas quedaran no-positivos en la función resultante, se concluiría que no existe tal delta positivo, y por tanto no habría límite).

No te he dicho que esté mal. Sólo te he preguntado cómo había que entender la igualdad que presentas. Si la entiendes como una definición implícita de \( \delta \) es correcto, pero es correcto porque puedes comprobar que la ecuación que presentas tiene realmente una solución positiva

\( \delta = \dfrac{-4+\sqrt{16+4\epsilon}}2 \).

Una última cosa, creo entender por qué lo del épsilon/5, lo del mínimo y eso (pero estás cogiendo, intuitivamente, un delta concreto que sabes que cumple los requisitos. Y este ejemplo creo que es sencillo (aunque a mí me cueste la vida...), pero en límites más "díficles" (como por ejemplo límite cuando x tiende a 0 de \( \sin(x)^2*x*e^x \), que es evidentemente 0, pero con épsilon delta...) tales intuiciones y especificaciones de deltas en función de épsilon "prematuros" pueden ser empresa arriesgada que acabe en fracaso, y así una y otra vez... nunca he visto ensayo y error un método aceptable (salvo emergencias :D), y en este caso concreto pablitotontito no lo ha hecho por ensayo y error, pero esa misma lógica que ha usado, en situaciones un pelín más complicadas, se torna imposible, creo!

No es el único camino, y tu demostración es correcta, pero el camino de empezar con la parte izquierda de (2) para llegar a \( \epsilon \) (o a \( 5\epsilon \), da igual) usando (1) cuando resulta conveniente es mucho más práctico y habitual.

Respecto a tu último mensaje, donde llegas a \( \epsilon<20 \), no le veo el sentido. El argumento de pablitotontito vale para todo \( \epsilon>0 \).

23 Febrero, 2014, 11:04 pm
Respuesta #14

Piockñec

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Muchas gracias, Carlos! :) Sí, debo haberme liado o no usado alguna inecuación, me pierdo con tantas.
Gracias por tus respuestas, es que me estaba liando muchísimo!!! pero ya creo que está todo claro :D Si me quedara alguna duda, os lo haré saber, pero creo que ya entiendo vuestra forma de proceder (y sí, veo que es la más usual. Practicaré con ella para tener más herramientas ;) )

23 Febrero, 2014, 11:26 pm
Respuesta #15

Juan Pablo Sancho

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23 Febrero, 2014, 11:40 pm
Respuesta #16

Piockñec

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Sí!!! :D Gracias, pablitotontito ;)
(Btw, me alegro de conocer a un tocayo ;) )

19 Febrero, 2026, 12:11 am
Respuesta #17

DISE-CO

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De gran ayuda este foro, incluso en pleno 2026.

19 Febrero, 2026, 05:46 am
Respuesta #18

Jesús Gautier

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¿Se puede entender esta demostración "descomponiendo" el cuantificador "por casos"? Más o menos algo como queremos probar que dado epsilon positivo arbitrario, existe otro número, el dichoso delta: caso 1, dado epsilon positivo arbitrario, pero mayor o igual que 5. Es fácil. Tómese cualquier delta estrictamente menor que 1. ¿En este caso delta, que normalmente depende, es independiente de epsilon porque este último es "suficientemente grande"? (siempre pensamos en los valores de epsilon pequeños, ni se menciona los grandes, supongo por la tendencia de excluir "trivialidades" de la exposición matemática). Caso 2, epsilon positivo arbitrario, pero menor estricto que 5. Es conveniente. Tómese delta menor o igual a la quinta parte de epsilon. ¿O sea que los valores de epsilon en el intervalo \( (0,5) \) corresponden de alguna manera a la restricción \( x\in{(1,3)} \)? P. D., no encuentro el usuario pablitotontito entre los participantes de este hilo, solo veo a: Piockñec, Juan Pablo Sancho, arkady-svidrigailov, Carlos Ivorra, DISE-CO.

19 Febrero, 2026, 08:32 am
Respuesta #19

Luis Fuentes

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Hola

¿Se puede entender esta demostración "descomponiendo" el cuantificador "por casos"?

Si.

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Más o menos algo como queremos probar que dado epsilon positivo arbitrario, existe otro número, el dichoso delta: caso 1, dado epsilon positivo arbitrario, pero mayor o igual que 5. Es fácil. Tómese cualquier delta estrictamente menor que 1. ¿En este caso delta, que normalmente depende, es independiente de epsilon porque este último es "suficientemente grande"?

 Si depende de una condición que ha de cumplir \( \epsilon \), el \( \delta \) depende efectivamente de \( \epsilon \). Sea como sea no es obligatoria esa dependencia. Cuando se dice que el "delta" depende del "epsilon", lo que se está indicando es que no es necesario buscar un "delta" válido para todos los "epsilion", sino que basta encontrar un "delta" válido para cada "epsilon" en particular. ¡Quizá resulta válido el mismo "delta" para todos los "epsilons"! (por ejemplo para una función constante, donde vale cualquier "delta" para cualquier "epsilon").

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Caso 2, epsilon positivo arbitrario, pero menor estricto que 5. Es conveniente. Tómese delta menor o igual a la quinta parte de epsilon. ¿O sea que los valores de epsilon en el intervalo \( (0,5) \) corresponden de alguna manera a la restricción \( x\in{(1,3)} \)?


Como te decía si es válido dividir por casos. No he comprobado si la elección concreta que dices es correcta, pero supongo que si.

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P. D., no encuentro el usuario pablitotontito entre los participantes de este hilo, solo veo a: Piockñec, Juan Pablo Sancho, arkady-svidrigailov, Carlos Ivorra, DISE-CO.

Es Juan Pablo Sancho. Todos tenemos un pasado...

Saludos.