Q. 68

Question

Prove that lim 3x1x=3, with these steps: (a) What is the δε statement that must be shown to prove that lim 3x1x=3? (b) Argue that x  (1  δ, 1)  (1, 1 + δ) if and only if δ < x  1 < δ, with x  1. Then use algebra to show that this means that 0 < |x  1| < δ. (c) Argue that 3x  (3  ε, 3 + ε) if and only if ε < 3(x  1) < ε. Then use algebra to show that this means that 3|x  1| < ε. (d) Given any particular ε > 0, what value of δ would guarantee that if 0 < |x  1| < δ, then 3|x  1| < ε? Your answer will depend on ε. (e) Put the previous four parts together to prove the limit statement.

Step-by-Step Solution

Verified
Answer

Part (a) For all ε > 0, there exists δ > 0 such that if x  (1  δ, 1)  (1, 1 + δ), then 3x  (3  ε, 3 + ε). Part (b) 1 δ < x < 1 + δ and x  1 means that 1 < x  1 < 1 and x  1. This means that |x  1| < δ and x  1  0, and thus 0 < |x  1| < δ. Part (c) 3 ε < 3x < 3 + ε means that ε < 3x-3 < ε, and thus that |3x-3| < ε, which is equivalent to 3|x  1| < ε. Part (d) For a given ε > 0, choose δ = ε. Part (e) Given any ε > 0, let δ = ε. If x  (1δ, 1)  (1, 1+δ), then 0 < |x 1| < δ by part (b). Thus by part (d), 3|x  1| < ε, and therefore 3x  (3  ε, 3 + ε) by part (c).

1Part (a) Step 1. The &#948; - &#949; statement

For all ε > 0, there exists δ > 0 such that if x  (1  δ, 1)  (1, 1 + δ), then 3x  (3  ε, 3 + ε).

2Part (b) Step 1. Argument regarding &#948;

Now, 1 δ < x < 1 + δ and x  1 means that 1 < x  1 < 1 and x  1. This means that |x  1| < δ and x  1  0, and thus 0 < |x  1| < δ.

3Part (c) Step 1. Argument regarding &#949;

Again, 3 ε < 3x < 3 + ε means that ε < 3x-3 < ε, and thus that |3x-3| < ε, which is equivalent to 3|x  1| < ε.

4Part (d) Step 1. Relationship between &#948; - &#949;

For a given ε > 0, choose δ = ε. 

5Part (e) Step 1. Proof of the limit statement

Given any ε > 0, let δ = ε. If x  (1δ, 1)  (1, 1+δ), then 0 < |x 1| < δ by part (b). Thus by part (d), 3|x  1| < ε, and therefore 3x  (3  ε, 3 + ε) by part (c).