A.3 Análise Real

Esta seção lista os principais tópicos de um curso introdutório de Análise Real que serão necessários para acessar as partes mais avançadas deste livro, como, por exemplo, as Seções 1.47.4 e, portanto, todas aquelas que dependem direta ou indiretamente delas, incluindo os Capítulos 12, 1314.

Teorema A.8 (Subsubsequências).

Seja (xn)n(x_{n})_{n} e LL\in\mathbb{R}. Então, limnxn=L\lim_{n}x_{n}=L se, e somente se, toda subsequência (xnk)k(x_{n_{k}})_{k} possui uma subsubsequência (xnkj)j(x_{n_{k_{j}}})_{j} tal que limjxnkj=L\lim_{j}x_{n_{k_{j}}}=L. A mesma equivalência vale quando L=±L=\pm\infty.

Dado um conjunto AA\subseteq\mathbb{R}, dizemos que AA é aberto se, para todo xAx\in A, existe ε>0\varepsilon>0 tal que (xε,x+ε)A(x-\varepsilon,x+\varepsilon)\subseteq A. Dizemos que AA é fechado se AcA^{c} é aberto. Dizemos que AA é denso em \mathbb{R} se AB∅︀A\cap B\neq\emptyset para todo aberto BB\subseteq\mathbb{R}.

Teorema A.9.

Se AA\subseteq\mathbb{R} é um conjunto aberto, então existem intervalos abertos I1,I2,I3,I_{1},I_{2},I_{3},\dots tais que A=kIkA=\cup_{k}I_{k}.

Dado um conjunto AnA\subseteq\mathbb{R}^{n}, dizemos que AA é aberto se, para todo 𝒙A{{\boldsymbol{x}}}\in A, existe ε>0\varepsilon>0 tal que {𝒚:𝒚𝒙<ε}A\{{\boldsymbol{y}}:\|{\boldsymbol{y}}-{{\boldsymbol{x}}}\|<\varepsilon\}\subseteq A.

Dizemos que uma função f:nf:\mathbb{R}^{n}\to\mathbb{R} é contínua se f1(A)f^{-1}(A) é aberto para todo AA\subseteq\mathbb{R} aberto. Observamos que, no caso n=1n=1, essa definição é coerente com aquela dada na Seção A.1.

Teorema A.10.

Se AnA\subseteq\mathbb{R}^{n} é um conjunto aberto, então existem paralelepípedos abertos I1,I2,I3,I_{1},I_{2},I_{3},\dots tais que A=kIkA=\cup_{k}I_{k}. Um paralelepípedo aberto é um conjunto da forma I=(a1,b1)××(an,bn)nI=(a_{1},b_{1})\times\dots\times(a_{n},b_{n})\subseteq\mathbb{R}^{n}.

Recordemos a definição de conjunto enumerável dada na página 2. Mais formalmente, um conjunto qualquer JJ é enumerável se, e somente se, JJ é finito ou existe uma função f:Jf:\mathbb{N}\to J sobrejetiva.

Teorema A.11.

O conjunto \mathbb{R} não é enumerável.

Corolário A.12.

Todo intervalo não-degenerado é não-enumerável

Dizemos que um conjunto KK\subseteq\mathbb{R} é compacto se KK é fechado e limitado.

Observação A.13.

Em alguns livros há uma definição mais abstrata de conjuntos compactos, e o Teorema de Heine-Borel diz que a definição mais abstrata é equivalente à definição acima. ∎

Teorema A.14.

Se K1K2K3\mathbb{R}\supseteq K_{1}\supseteq K_{2}\supseteq K_{3}\supseteq\cdots são compactos e Kn∅︀K_{n}\neq\emptyset para todo nn\in\mathbb{N}, então nKn∅︀\cap_{n}K_{n}\neq\emptyset.

Teorema A.15 (Weierstrass).

Seja g:g:\mathbb{R}\to\mathbb{R} uma função contínua e periódica, de período 2π2\pi. Então, para todo ε>0\varepsilon>0, existem mm\in\mathbb{N} e am,,ama_{-m},\dots,a_{m}\in\mathbb{C} tais que

|k=mmakeikxg(x)|ε\Big{|}\sum_{k=-m}^{m}a_{k}e^{ikx}-g(x)\Big{|}\leqslant\varepsilon

para todo xx\in\mathbb{R}.

Dado JJ\subseteq\mathbb{R} e f:Jf:J\to\mathbb{R}, dizemos que ff é uniformemente contínua se, para todo ε>0\varepsilon>0, existe δ>0\delta>0 tal que |f(x)f(y)|<ε|f(x)-f(y)|<\varepsilon para todos x,yJx,y\in J tais que |xy|<δ|x-y|<\delta. A diferença entre ff ser contínua e uniformemente contínua é que δ\delta não pode depender de xx.

Teorema A.16.

Se f:Kf:K\to\mathbb{R} é contínua e KK\subseteq\mathbb{R} é compacto, então ff é uniformemente contínua.