Suponga que la función [math] f (x) [/ math] es monotónica y acotada en [math] (- \ infty, \ infty) [/ math] y [math] \ {x_n \} [/ math] es un secuencia. Es la proposición ‘Si [math] \ {x_n \} [/ math] es convergente, entonces [math] \ {f (x_n) \} [/ math] es convergente’. ¿verdadero o falso? ¿Por qué?

¡Falso!

Podemos tomar la función f como la función de paso Heaviside, que es 0 para x negativo y 1 para x no negativo. (Existen definiciones alternativas). Esto es monótono y acotado. Sin embargo, considere una secuencia como 1, -1/2, 1/3, -1/4, … que converge a cero. Las imágenes debajo de f son 1, 0, 1, 0,… ¡que no convergen!

Si necesita que la función aumente estrictamente, entonces podemos modificar fácilmente este ejemplo para satisfacer este criterio: simplemente tome la función de paso Heaviside más la función de tangente inversa. Esto todavía tiene un salto en el origen y se aplica el mismo argumento.

En general, si desea una función de valor real en los reales para preservar la convergencia, la función debe ser continua. De hecho, esta es una relación si y solo si: la función debe ser continua, de lo contrario siempre habrá una secuencia convergente con una imagen divergente.

Cierto .

1. f (x) es monótono (en – infinito a + infinito).
2. x_n es una serie.

Ahora sabemos que f (x) es monótono en [- infinito a + infinito], por lo que podemos decir que f (x_n) siempre tendrá un valor diferente y x_n debería tener todos los valores de [- infinito a + infinito] para cubrir el dominio de f (x) idealmente.

Pero x_n es convergente , lo que significa que x_n está limitado por valores finitos, digamos de [y1 a y2] y como ninguno de y1 e y2 puede ser = -infinito / + infinito (ya que y está limitado por valores finitos ya que x_n es convergente)

Esto significaría que ahora tenemos que mirar, si de f (y1) a f (y2) podemos encontrar alguna extremidad (-infinito / + infinito) o no. No podemos, ya que f (x) es monótono y tiene un rango [-infinito a + infinito].

Entonces, si f (z) (donde, y1 <= z <= y2) es = [-infinito / + infinito] (como tan x) entonces f (x) no puede ser monótono sobre y1 e y2.

Si f (y1) o f (y2) es igual a -infinito / + infinito, entonces no puede ser monótono en todo el dominio [-infinito a + infinito].

Por lo tanto, para que f (x) permanezca monótono y x_n sea convergente, siempre encontraremos que f (x_n) es convergente.