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Operaciones_con_cotas.lean
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Operaciones_con_cotas.lean
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-- ---------------------------------------------------------------------
-- Ejercicio 1. Realizar las siguientes acciones:
-- 1. Importar la librería de los números reales.
-- 2. Definir cota superior de una función.
-- 3. Definir cota inferior de una función.
-- 4. Declarar f y g como variables de funciones de ℝ en ℝ.
-- 5. Declarar a y b como variables sobre ℝ.
-- ----------------------------------------------------------------------
import data.real.basic -- 1
def fn_ub (f : ℝ → ℝ) (a : ℝ) : Prop := ∀ x, f x ≤ a -- 2
def fn_lb (f : ℝ → ℝ) (a : ℝ) : Prop := ∀ x, a ≤ f x -- 3
variables (f g : ℝ → ℝ) -- 4
variables (a b : ℝ) -- 5
-- ---------------------------------------------------------------------
-- Ejercicio 2. Demostrar que la suma de una cota inferior de f y una
-- cota inferior de g es una cota inferior de f g.
-- ----------------------------------------------------------------------
-- 1ª demostración
-- ===============
example
(hfa : fn_lb f a)
(hgb : fn_lb g b)
: fn_lb (λ x, f x g x) (a b) :=
begin
have h1 : ∀ x, a b ≤ f x g x,
{ intro x,
have h1a : a ≤ f x := hfa x,
have h1b : b ≤ g x := hgb x,
show a b ≤ f x g x,
by exact add_le_add (hfa x) (hgb x), },
show fn_lb (λ x, f x g x) (a b),
by exact h1,
end
-- 2ª demostración
-- ===============
example
(hfa : fn_lb f a)
(hgb : fn_lb g b)
: fn_lb (λ x, f x g x) (a b) :=
begin
intro x,
change a b ≤ f x g x,
apply add_le_add,
apply hfa,
apply hgb
end
-- Su desarrollo es
--
-- f g : ℝ → ℝ,
-- a b : ℝ,
-- hfa : fn_lb f a,
-- hgb : fn_lb g b
-- ⊢ fn_lb (λ (x : ℝ), f x g x) (a b)
-- -- intro x,
-- x : ℝ
-- ⊢ a b ≤ (λ (x : ℝ), f x g x) x
-- -- change a b ≤ f x g x,
-- ⊢ a b ≤ f x g x
-- -- apply add_le_add,
-- | ⊢ a ≤ f x
-- | -- apply hfa,
-- | ⊢ b ≤ g x
-- | -- apply hgb
-- no goals
-- 3ª demostración
-- ===============
example
(hfa : fn_lb f a)
(hgb : fn_lb g b)
: fn_lb (λ x, f x g x) (a b) :=
λ x, add_le_add (hfa x) (hgb x)
-- ---------------------------------------------------------------------
-- Ejercicio 3. Demostrar que el producto de dos funciones no negativas
-- es no negativa.
-- ----------------------------------------------------------------------
-- 1ª demostración
-- ===============
example
(nnf : fn_lb f 0)
(nng : fn_lb g 0)
: fn_lb (f * g) 0 :=
begin
have h1 : ∀x, 0 ≤ f x * g x,
{ intro x,
have h2: 0 ≤ f x := nnf x,
have h3: 0 ≤ g x := nng x,
show 0 ≤ f x * g x,
by exact mul_nonneg (nnf x) (nng x), },
show fn_lb (λ x, f x * g x) 0,
by exact h1,
end
-- 2ª demostración
-- ===============
example
(nnf : fn_lb f 0)
(nng : fn_lb g 0)
: fn_lb (f * g) 0 :=
begin
intro x,
change 0 ≤ f x * g x,
apply mul_nonneg,
apply nnf,
apply nng
end
-- Su desarrollo es
--
-- f g : ℝ → ℝ,
-- nnf : fn_lb f 0,
-- nng : fn_lb g 0
-- ⊢ fn_lb (λ (x : ℝ), f x * g x) 0
-- -- intro x,
-- x : ℝ
-- ⊢ 0 ≤ (λ (x : ℝ), f x * g x) x
-- -- change 0 ≤ f x * g x,
-- ⊢ 0 ≤ f x * g x
-- -- apply mul_nonneg,
-- | ⊢ 0 ≤ f x
-- | -- apply nnf,
-- | ⊢ 0 ≤ g x
-- | -- apply nng
-- no goals
-- 3ª demostración
-- ===============
example
(nnf : fn_lb f 0)
(nng : fn_lb g 0)
: fn_lb (f * g) 0 :=
λ x, mul_nonneg (nnf x) (nng x)
-- ---------------------------------------------------------------------
-- Ejercicio 4. Demostrar que si a es una cota superior de f, b es una
-- cota superior de g, a es no negativa y g es no negativa, entonces
-- a * b es una cota superior de f * g.
-- ----------------------------------------------------------------------
-- 1ª demostración
-- ===============
example
(hfa : fn_ub f a)
(hgb : fn_ub g b)
(nng : fn_lb g 0)
(nna : 0 ≤ a)
: fn_ub (f * g) (a * b) :=
begin
have h1 : ∀ x, f x * g x ≤ a * b,
{ intro x,
have h2 : f x ≤ a := hfa x,
have h3 : g x ≤ b := hgb x,
have h4 : 0 ≤ g x := nng x,
show f x * g x ≤ a * b,
by exact mul_le_mul h2 h3 h4 nna, },
show fn_ub (f * g) (a * b),
by exact h1,
end
-- 2ª demostración
-- ===============
example
(hfa : fn_ub f a)
(hgb : fn_ub g b)
(nng : fn_lb g 0)
(nna : 0 ≤ a)
: fn_ub (f * g) (a * b) :=
begin
intro x,
change f x * g x ≤ a * b,
apply mul_le_mul,
apply hfa,
apply hgb,
apply nng,
apply nna
end
-- Su desarrollo es
--
-- f g : ℝ → ℝ,
-- a b : ℝ,
-- hfa : fn_ub f a,
-- hfb : fn_ub g b,
-- nng : fn_lb g 0,
-- nna : 0 ≤ a
-- ⊢ fn_ub (λ (x : ℝ), f x * g x) (a * b)
-- -- intro x,
-- x : ℝ
-- ⊢ (λ (x : ℝ), f x * g x) x ≤ a * b
-- -- change f x * g x ≤ a * b,
-- ⊢ f x * g x ≤ a * b
-- -- apply mul_le_mul,
-- | ⊢ f x ≤ a
-- | -- apply hfa,
-- | g x ≤ b
-- | -- apply hfb,
-- | 0 ≤ g x
-- | -- apply nng,
-- | 0 ≤ a
-- | -- apply nna
-- no goals
-- 3ª demostración
-- ===============
example
(hfa : fn_ub f a)
(hgb : fn_ub g b)
(nng : fn_lb g 0)
(nna : 0 ≤ a)
: fn_ub (f * g) (a * b) :=
begin
dunfold fn_ub fn_lb at *,
intro x,
have h1:= hfa x,
have h2:= hgb x,
have h3:= nng x,
exact mul_le_mul h1 h2 h3 nna,
end
-- Prueba
-- ======
/-
f g : ℝ → ℝ,
a b : ℝ,
hfa : fn_ub f a,
hfb : fn_ub g b,
nng : fn_lb g 0,
nna : 0 ≤ a
⊢ fn_ub (λ (x : ℝ), f x * g x) (a * b)
>> dunfold fn_ub fn_lb at *,
hfa : ∀ (x : ℝ), f x ≤ a,
hfb : ∀ (x : ℝ), g x ≤ b,
nng : ∀ (x : ℝ), 0 ≤ g x,
nna : 0 ≤ a
⊢ ∀ (x : ℝ), f x * g x ≤ a * b
>> intro x,
x : ℝ
⊢ f x * g x ≤ a * b
>> have h1:= hfa x,
h1 : f x ≤ a
⊢ f x * g x ≤ a * b
>> have h2:= hfb x,
h2 : g x ≤ b
⊢ f x * g x ≤ a * b
>> have h3:= nng x,
h3 : 0 ≤ g x
⊢ f x * g x ≤ a * b
>> exact mul_le_mul h1 h2 h3 nna,
no goals
-/
-- 4ª demostración
-- ===============
example
(hfa : fn_ub f a)
(hgb : fn_ub g b)
(nng : fn_lb g 0)
(nna : 0 ≤ a)
: fn_ub (f * g) (a * b) :=
begin
dunfold fn_ub fn_lb at *,
intro x,
specialize hfa x,
specialize hgb x,
specialize nng x,
exact mul_le_mul hfa hgb nng nna,
end
-- Prueba
-- ======
/-
f g : ℝ → ℝ,
a b : ℝ,
hfa : fn_ub f a,
hfb : fn_ub g b,
nng : fn_lb g 0,
nna : 0 ≤ a
⊢ fn_ub (λ (x : ℝ), f x * g x) (a * b)
>> dunfold fn_ub fn_lb at *,
hfa : ∀ (x : ℝ), f x ≤ a,
hfb : ∀ (x : ℝ), g x ≤ b,
nng : ∀ (x : ℝ), 0 ≤ g x,
nna : 0 ≤ a
⊢ ∀ (x : ℝ), f x * g x ≤ a * b
>> intro x,
x : ℝ
⊢ f x * g x ≤ a * b
>> specialize hfa x,
hfa : f x ≤ a
⊢ f x * g x ≤ a * b
>> specialize hfb x,
hfb : g x ≤ b
⊢ f x * g x ≤ a * b
>> specialize nng x,
nng : 0 ≤ g x
⊢ f x * g x ≤ a * b
>> exact mul_le_mul hfa hfb nng nna,
no goals
-/
-- 4ª demostración
-- ===============
example
(hfa : fn_ub f a)
(hgb : fn_ub g b)
(nng : fn_lb g 0)
(nna : 0 ≤ a)
: fn_ub (f * g) (a * b) :=
λ x, mul_le_mul (hfa x) (hgb x) (nng x) nna