Q. 69

Question

Prove that limx2(7-x)=5, with these steps:

(a) What is the δ-ε statement that must be shown to prove that limx2(7-x)=5?

(b) Argue that x(2-δ, 2)  (2, 2+δ) if and only if-δ<x-2<δ. Then use algebra to show that this means that 0<x-2<δ.

(c) Argue that 7-x(5-ε, 5+ε) if and only if -ε<2-x<ε. Then use algebra to show that this means that x-2<ε.

(d) Given any particular ε>0, what value of δ would guarantee that if 0<x-2<δ, then x-2<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  (2  δ, 2)  (2, 2 + δ), then 7  x  (5  ε, 5 + ε). Part (b) 2 δ < x < 2 + δ and x  2 means that δ < x  2 < δ and x  2. This means that |x  2| < δ and x  2  0, and thus 0 < |x  2| < δ. Part (c) 5 ε < 7  x < 5 + ε means that ε < 2  x < ε, and thus that |2  x| < ε, which is equivalent to |x  2| < ε. Part (d) For a given ε > 0, choose δ = ε. Part (e) Given any ε > 0, let δ = ε. If x  (2δ, 2)  (2, 2+δ), then 0 < |x 2| < δ by part (b). Thus by part (d), |x  2| < ε, and therefore 7  x  (5  ε, 5 + ε) by part (c).

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

For all ε > 0, there exists δ > 0 such that if x  (2  δ, 2)  (2, 2 + δ), then 7  x  (5  ε, 5 + ε). 

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

Now,  2 δ < x < 2 + δ and x  2 means that δ < x  2 < δ and x  2. This means that |x  2| < δ and x  2  0, and thus 0 < |x  2| < δ.

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

Again, 5 ε < 7  x < 5 + ε means that ε < 2  x < ε, and thus that |2  x| < ε, which is equivalent to |x  2| < 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  (2δ, 2)  (2, 2+δ), then 0 < |x 2| < δ by part (b). Thus by part (d), |x  2| < ε, and therefore 7  x  (5  ε, 5 + ε) by part (c).