Q. 71

Question

Prove that limx1x=0, with these steps: (a) What is the εN statement that must be shown to prove that limx1x=0? (b) Argue that x  (N,) if and only if x > N. (c) Argue that 1x  (0ε, 0+ε) if and only ifε < 1 x< ε. Then argue that for this limit, it suffices to consider 0 < 1x < ε. (d) Given any particular ε, what value of N > 0 would guarantee that if x > N, then 0 < 1 x< 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

(a) For all ε > 0, there exists N > 0 such that if x  (N,), then 1x  (0  ε, 0 + ε). (b) x  (N,) is equivalent to x > N. (c) 1x  (ε, ε) means that ε < 1x < ε. For the limit we are considering, 1x approaches y = 0 from above, so, we actually wish to show that we can guarantee 0 < 1x < ε. (d) For a given ε > 0, choose N = 1ε . (e) Given any ε > 0, let N = 1ε. If x  (N,) then x > N > 0 by part (b). Thus by our choice from part (d), 0 < 1ε < x, and thus 0 < 1x < ε. By part (c) this means ε < 1x< ε and thus 1x  (0  ε, 0 + ε).

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

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

2Part (b) Step 1. Argument regarding N

Now, x  (N,) is equivalent to x > N.

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

Again, 1x  (ε, ε) means that ε < 1x < ε. For the limit we are considering, 1x approaches y = 0 from above, so, we actually wish to show that we can guarantee 0 < 1x < ε.

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

For a given ε > 0, choose N = 1ε .

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

Given any ε > 0, let N = 1ε. If x  (N,) then x > N > 0 by part (b). Thus by our choice from part (d), 0 < 1ε < x, and thus 0 < 1x < ε. By part (c) this means ε < 1x< ε and thus 1x  (0  ε, 0 + ε).