Demostrar que existe una derivada dado el límite de f'

Casi terminé un problema de Baby Rudin, pero no puedo descifrar el último paso. El problema es el siguiente (5.9):

Dejar F ser:

  1. una función real continua en R 1 ,
  2. del cual se sabe que F ( X ) existe para todos X 0 , y
  3. F ( X ) 3 como X 0 .

¿Se sigue que F ( 0 ) existe?

Esto es lo que tengo hasta ahora:

Por (1), existe un d 1 con | X | < d 1 | F ( X ) F ( 0 ) | < ϵ 3 . Por (2), existe un d 2 con | X t | < d 2 , X 0 | F ( t ) F ( X ) t X F ( X ) | < ϵ 3 . Por (3), existe un d 3 con X 0 , | X | < d 3 | F ( X ) 3 | < ϵ 3 .

Así que cuando | X | < min ( d 1 , d 3 ) , | X t | < min ( d 2 , 1 ) :

| F ( t ) F ( X ) t X F ( X ) | + | F ( X ) 3 | + | F ( X ) F ( 0 ) | < ϵ

| F ( t ) F ( X ) t X F ( X ) + F ( X ) 3 + F ( X ) F ( 0 ) | < ϵ

| F ( t ) F ( X ) t X F ( X ) + F ( X ) 3 + F ( X ) F ( 0 ) t X | < ϵ

| F ( t ) F ( 0 ) t X 3 | < ϵ

que está muy cerca de

| F ( t ) F ( 0 ) t 3 | < ϵ

que daría una solución al problema. Pero no puedo averiguar qué condición poner en x o tx para obtener | F ( t ) F ( 0 ) t X 3 | < ϵ a | F ( t ) F ( 0 ) t 3 | < ϵ . Cualquier ayuda sería muy, muy apreciada.

Respuestas (4)

El enfoque más limpio (suponiendo que carece de la regla de L'Hopital) es hacer lo siguiente:

Dado ϵ > 0 , llevar d > 0 tal que para todos X dónde 0 < | X | < d , | F ( X ) 3 | < ϵ . Entonces dado cualquier t calle 0 < | t | < d , tomamos por el MVT algunos C entre t y 0 tal que F ( t ) F ( 0 ) t = F ( C ) . Entonces 0 < | C | < d , entonces | F ( C ) 3 | < ϵ , entonces | F ( t ) F ( 0 ) t 3 | < ϵ .

Esto prueba que límite t 0 F ( t ) F ( 0 ) t = 3 . Entonces F ( 0 ) = 3 .

Esta es básicamente la respuesta sugerida por Snoop, pero no se basa en definir una función y (que requiere el axioma de elección).

¡Muchas gracias! ¿Hay alguna forma de llegar desde el último paso al que llegué a la respuesta? Su enfoque es mucho mejor, pero estoy un poco molesto por hacer todo eso. d - ϵ trabajar para nada.

Puedes usar la regla de L'Hospital:

límite t 0 F ( t ) F ( 0 ) t = límite t 0 F ( t ) ,
y límite t 0 F ( t ) = 3 por suposición. Entonces tenemos
límite t 0 F ( t ) F ( 0 ) t = 3 ,
y entonces F ( 0 ) = 3 .

La función es continua en R y diferenciable en cualquier intervalo abierto que no contenga 0 . Así por el MVT y tomando el límite

límite X 0 F ( X ) F ( 0 ) X 0 = límite X 0 F ( y ( X ) )
Como y ( X ) 0 entonces límite y 0 F ( y ) = 3 . Pero por definición de la derivada
F ( 0 ) = límite X 0 F ( X ) F ( 0 ) X 0
como el límite existe y es 3 , entonces F ( 0 ) = 3 .

Si h 0 entonces por el teorema de Lagrange

| F ( h ) F ( 0 ) h 3 | | F ( s ) 3 | 0
como h 0. Análogamente cuando h 0.

Quieres decir "Si h > 0 ", seguramente?