コーシーの判定条件 [x→x0/x0+0/−0の判定条件の一般化]  

【設定】

 以下で登場するB, x0については、
 B:関数f(x)の定義域の部分集合    (つまり、集合Bは定義域に含まれる何らかの区間及びその合併)
 x0:x0∈「Bの閉包」(B∪「Bの境界」) (つまり、x0はBで表される区間の内部か境界にある)   としておく。
 この設定が成り立たない場合、以下は、定義されないことになる。

【本題】

 以下の命題P,Qは同値である。
 命題P: xがB内でx0に近づくとき、f(x)が収束する。すなわちf(x)→A (x→x0 , x∈B)  
 命題Q: 任意の正数εに対して、ある正数δが存在して
         「x, x'∈B かつ |x−x0|<δかつ |x'−x0|<δならば、|f(x)−f(x') |<ε」
      つまり「 x, x'∈ (B∩( x0−δ, x0+δ)ならば、| f(x)−f(x') |<ε」
    を成り立たせる、ということ、
    すなわち、 ∀ε>0 ∃δ>0 ∀ x, x'  (x, x'∈(B∩( x0−δ, x0+δ))⇒ |f(x)−f(x')|<ε)
                        [杉浦『解析入門』pp. 61-2→53]

  ※以上の議論は、
 
B= (fの定義域)∩{ x |x≠x0}とすると、 x→ x0のときのコーシーの判定条件になり、
 ∵
B= {x|x≠x0}なら「x,x'∈B∩( x0−δ, x0+δ)ならば」を
         「
x, x'∈( x0−δ, x0)∪( x0 , x0+δ)ならば」と言い換えても同じ。
 
B= (fの定義域)∩{ x |x>x0}とすると、 x→ x0+0のときのコーシーの判定条件になり、
 ∵
B= { x |x>x0}なら「x,x'∈B∩( x0−δ, x0+δ)ならば」を「x, x'∈( x0 , x0+δ)ならば」と言い換えても同じ。
 
B= (fの定義域)∩{ x |x<x0}とすると、 x→ x0−0のときのコーシーの判定条件になる。
 ∵
B= { x |x<x0}なら「x,x'∈B∩( x0−δ, x0+δ)ならば」を「x, x'∈( x0−δ, x0)ならば」と言い換えても同じ。


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[P⇒Qの証明]

 Pが成立するという仮定の下では、いつでもQが成立することの証明。
 →杉浦『解析入門』pp. 61-2→53を参照。

[Q ⇒ Pの証明]

  Qという仮定の下では、いつでもPが成立することの証明。
 →杉浦『解析入門』pp. 61-2→53を参照。