h) Skorzystamy z ciągowej charakteryzacji braku jednostajnej ciągłości. Weź-

my xn = 1 /n i yn = 1 . Wtedy 2 n

|xn − yn| → 0

oraz

1

1

|f ( xn) − f ( yn) | = | ln

− ln

| = ln 2

n

2 n

i) Bez utraty ogólności możemy zakładać, że x > y ­ 1. Twierdzimy, że ln x − ln y ¬ x − y.

Przekształcamy równoważnie:

x

ln x − ln y ¬ x − y ⇐⇒ e ln x− ln y ¬ ex−y ⇐⇒

¬ ex−y.

y

Ale

ex−y ­ x − y + 1

(1)

(patrz nierówność w uwagach na końcu listy zadań). Wystarczy więc po-kazać, że

x

x − y + 1 ­

.

(2)

y

Wtedy z (1) i (2) otrzymamy x

x − y + 1 ­

­ ex−y.

y

Przekształcamy teraz równoważnie nierówność (2):

x

x − y + 1 ­

⇐⇒ xy − y 2 + y ­ x ⇐⇒ x( y − 1) ­ y( y − 1) .

y

Jeśli y − 1 = 0, to ostatnia nierówność jest prawdziwa. Jeśli zaś y − 1 > 0, to możemy podzielić stronami przez y − 1 i dostajemy nierówność x ­ y, która jest prawdziwa z uwagi na nasze założenie. Zatem rzeczywiście dla x > y ­ 1

ln x − ln y ¬ x − y,

skąd wynika już, że

| ln x − ln y| ¬ |x − y|, czyli jest spełniony warunek Lipschitza ze stałą L = 1.

j) Niech xn = ln n, yn = ln n + 1 . Wówczas n

|xn − yn| → 0

oraz

1 − e 1 /n

f (1 /n) − f (0)

|f ( x

n) −f ( yn) | = |n−e 1 /nn| =

=

→ |f 0 (0) | = |e 0 | = 1 , 1 /n

1 /n

gdzie f ( x) = ex. Zatem istnieje n 0 takie, że dla n ­ n 0 mamy

|f ( xn) − f ( yn) | ­ 1 / 2

(rozpisać definicję granicy ciągu równej 1 z ε = 1 / 2). Zatem funkcja nie jest jednostajnie ciągła.

1

k) Niech x > y ­ 100. Wówczas ex − ey = ey( ex−y − 1) ¬ ey · ex−y( x − y) = ex( x − y) ¬ e 100( x − y) .

W drugim przejściu powyżej skorzystaliśmy z nierówności (równoważność zachodzi dla t > 0)

et − 1 ¬ et ⇐⇒ et − 1 ¬ ett t

dla t = x − y. Zatem jest spełniony warunek Lipschitza ze stałą L = e 100.

2