n変数関数の収束の、点列・数列の収束への言い換えの証明

次の命題P,命題Qは互いに言い換え可能(つまり、命題P⇔命題Q)である。

命題P:
点P(x1,x2,…,xn)を
点A(a1,a2,…,an)に近づけたとき、
関数f (P) = f (x1,x2,…,xn)が
実数cに収束する 
これを記号で表すと、
・
f ( P )→c ( P → A ) 
・
f (x1,x2,…,xn)→c (x1→a1,x2→a2,…,xn→an)
  
 など。 

どんなRn上の点列
 
{ Pi }={ P1 , P2 , P3,…}={ (x11,x12,…,x1n) , (x21,x22,…,x2n) , (x31,x32,…,x3n) ,…}
についてであれ、
1.その点列
 
{ Pi }={ P1 , P2 , P3,…}={ (x11,x12,…,x1n) , (x21,x22,…,x2n) , (x31,x32,…,x3n) ,…}
 が
点A(a1,a2,…,an)に収束し、
かつ  
2.その点列の各項 P1 , P2 , P3 , … がどれも点Aと一致しない 
限り、 
その
点列の各項 P1, P2, P3,…を n変数関数f によりR上に写した像の数列
  {
f ( Pi ) }={ f ( P1 ), f ( P2 ) , f ( P3 ) ,… }
      ={ f ( x11,x12,…,x1n ) , f (x21,x22,…,x2n ), f (x31,x32,…,x3n ),… }
は実数cに収束する。
つまり、
任意のRn上の点列
 
{ Pi }={ P1 , P2 , P3,…}={ (x11,x12,…,x1n) , (x21,x22,…,x2n) , (x31,x32,…,x3n) ,…}
について、
Pi→A (i→∞) かつ P1≠A , P2≠A , P3≠A ,…ならば、f (Pi)→c (i→∞)  
 
論理記号で表すと、
 
(∀{ Pi })(( Pi→A (i→∞)かつ(∀i) ( Pi ≠A) )⇒ f (Pi)→c (i→∞))

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命題P⇒命題Qの証明

step1:証明したい「命題P⇒命題Q」を、証明しやすいかたちに、言い換えておく。
ここで証明したいのは、
 
「命題P『f ( P )→c ( P → A ) 』が成り立つならば、
  
命題Q『任意のRn上の点列{ Pi }={ P1 , P2 , P3,…}={ (x11,x12,…,x1n) , (x21,x22,…,x2n) , (x31,x32,…,x3n) ,…}について、
              
Pi→A (i→∞) かつ P1≠A , P2≠A , P3≠A ,…ならば、f (Pi)→c (i→∞)  』
  が成り立つ
」
  
論理記号で、「f ( P )→c ( P → A )」⇒「(∀{ Pi })(( Pi→A (i→∞)かつ(∀i) ( Pi ≠A) )⇒ f (Pi)→c (i→∞))」 
ということだが、
これは実は、
「任意のRn上の点列{ Pi }={ P1 , P2 , P3,…}={ (x11,x12,…,x1n) , (x21,x22,…,x2n) , (x31,x32,…,x3n) ,…}について、
  『
f ( P )→c ( P → A ) かつ Pi→A (i→∞)かつ P1≠A , P2≠A , P3≠A ,…ならば、 f (Pi)→c (i→∞)』」
    
論理記号で「(∀{ Pi })((f ( P )→c ( P → A )かつPi→A (i→∞)かつ(∀i) ( Pi ≠A) )⇒ f (Pi)→c (i→∞))」
と同じことであるから(理由は下記)、
「任意のRn上の点列{ Pi }={ P1 , P2 , P3,…}={ (x11,x12,…,x1n) , (x21,x22,…,x2n) , (x31,x32,…,x3n) ,…}について、
  『
f ( P )→c ( P → A ) かつ Pi→A (i→∞)かつ P1≠A , P2≠A , P3≠A ,…ならば、 f (Pi)→c (i→∞)』」
    
論理記号で「(∀{ Pi })((f ( P )→c ( P → A )かつPi→A (i→∞)かつ(∀i) ( Pi ≠A) )⇒ f (Pi)→c (i→∞))」
となることを示すことによって、
「
命題P⇒命題Q」を示すことにする。

      [→とばしてstep2へ]  
****
「命題P⇒命題Q」が
「任意のRn上の点列{ Pi }={ P1 , P2 , P3,…}={ (x11,x12,…,x1n) , (x21,x22,…,x2n) , (x31,x32,…,x3n) ,…}について、
  『
f ( P )→c ( P → A ) かつ Pi→A (i→∞)かつ P1≠A , P2≠A , P3≠A ,…ならば、 f (Pi)→c (i→∞)』」
    
論理記号で「(∀{ Pi })((f ( P )→c ( P → A )かつPi→A (i→∞)かつ(∀i) ( Pi ≠A))⇒ f (Pi)→c (i→∞))」
と同じになるのは、次の
2点による。 
1.
 「命題P『f ( P )→c ( P → A ) 』が成り立つならば、
  
命題Q『任意のRn上の点列{ Pi }={ P1 , P2 , P3,…}={ (x11,x12,…,x1n) , (x21,x22,…,x2n) , (x31,x32,…,x3n) ,…}について、
              
Pi→A (i→∞) かつ P1≠A , P2≠A , P3≠A ,…ならば、f (Pi)→c (i→∞)  』
  が成り立つ
」
  
論理記号で、「f ( P )→c ( P → A )」⇒「(∀{ Pi })(( Pi→A (i→∞)かつ(∀i) ( Pi ≠A) )⇒ f (Pi)→c (i→∞))」 
 は、
 「
任意のRn上の点列{ Pi }={ P1 , P2 , P3,…}={ (x11,x12,…,x1n) , (x21,x22,…,x2n) , (x31,x32,…,x3n) ,…}について、
   
f ( P )→c ( P → A ) ならば、『Pi→A (i→∞) かつ P1≠A , P2≠A , P3≠A ,…ならば、f (Pi)→c (i→∞)』」
  
 論理記号で「(∀{ Pi })(f ( P )→c ( P → A ) ⇒((Pi→A (i→∞)かつ(∀i) ( Pi ≠A) )⇒ f (Pi)→c (i→∞)))」
 に他ならない(∵
論理法則:「ならば」の全称命題の言い換え)
2.
 「
任意のRn上の点列{ Pi }={ P1 , P2 , P3,…}={ (x11,x12,…,x1n) , (x21,x22,…,x2n) , (x31,x32,…,x3n) ,…}について、
   
f ( P )→c ( P → A ) ならば、『Pi→A (i→∞) かつ P1≠A , P2≠A , P3≠A ,…ならば、f (Pi)→c (i→∞)』」
  
 論理記号で「(∀{ Pi })(f ( P )→c ( P → A ) ⇒((Pi→A (i→∞)かつ(∀i) ( Pi ≠A) )⇒ f (Pi)→c (i→∞)))」
 は、
 「
任意のRn上の点列{ Pi }={ P1 , P2 , P3,…}={ (x11,x12,…,x1n) , (x21,x22,…,x2n) , (x31,x32,…,x3n) ,…}について、
   『
f ( P )→c ( P→A ) かつ Pi→A (i→∞) かつ P1≠A , P2≠A , P3≠A ,…ならば、f (Pi)→c (i→∞)』」
   
  論理記号で「(∀{ Pi })((f ( P )→c (P→A)かつPi→A (i→∞)かつ(∀i) ( Pi ≠A))⇒f (Pi)→c (i→∞))」
 に他ならない(∵
論理法則:「ならば」の繰り返しの言い換え)。
*****

Step2:
任意のRn上の点列{ Pi }={ P1 , P2 , P3,…}={ (x11,x12,…,x1n) , (x21,x22,…,x2n) , (x31,x32,…,x3n) ,…}について、
  
f ( P )→c ( P→A )  …(仮定1)  
  
Pi→A (i→∞)    …(仮定2)  
  
(∀i) ( Pi ≠A)    …(仮定3)  
が満たされるケースについて考える。
Step3:仮定1の厳密化 
関数の収束の定義に従うと、(仮定1)はすなわち、
 「
任意の(どんな)正の実数εに対して(でも)、ある正の実数δをとると、
   『0<
d ( P, A )<δ ⇒ d ( f (P), c )<ε』が成り立つ」
    
論理記号で(∀ε>0)(∃δ>0)(∀P∈Rn )(0<d( P, A )<δ⇒ d ( f (P), c )<ε )
  …(仮定
1' )
ということ。
Step4:仮定2の厳密化 
点列の収束の定義に従うと、(仮定2)はすなわち、
 「
任意のε’> 0に対して、ある自然数Nをとると、
        『
N以上のあらゆる自然数i に対して、 d (Pi , A ) <ε’』が成立する」 
    
論理記号で (∀ε’>0) (∃N∈N) (∀i∈N) ( i≧N⇒ d( Pi , A ) <ε’) 
ということ。…(仮定
2' )
Step5:仮定1と仮定2をあわせて考えると…、 
(仮定
2' )における「ε’」はどんな正の実数でもいいというので、
(仮定
2' )における「ε’」として、(仮定1' )で定まる「δ」をとっても、(仮定2' )はそのまま成り立つ。
このことを利用して、(仮定
1' )と(仮定2' )を結合する。
すなわち、
「
任意の正の実数εに対して(仮定1' )で定まった如何なるδに対してであろうとも、
 ある(十分大きな)
自然数Nをとると、 
 『
n≧N⇒ d( Pi , A ) <δ』が成り立つ」 
    
論理記号で  (∃N∈N) (∀i∈N) ( i≧N⇒ d ( Pi , A ) <δ ) 
 …(仮定
1'+仮定2' ) 
ここから、
任意の点列{ Pi }について、
仮定
1,仮定2がともに満されるならば、   
その(仮定
1'+仮定2' )で定まるN以上の項と、点Aとの距離d ( Pi , A )が、仮定1'で定まるδ未満に収まることがわかる。
Step6:仮定3の意味 
距離の定義より、d ( Pi , A )≧0がいつでも成り立ち、d ( Pi , A )=0となるのは、Pi = Aのときに限られる。
したがって、
任意の点列{ Pi }が、仮定3「(∀i) ( Pi≠A)」を満たすならば、「(∀i) ( d ( Pi , A )≠0)」であり、
したがって、「
(∀i) ( d ( Pi , A )>0)」となる。…(仮定3' ) 
Step7:仮定1・仮定2・仮定3をあわせて考えると… 
仮定
1 かつ 仮定2 かつ 仮定3は、
(仮定
1'+仮定2' )と(仮定3')より、
「
任意の正の実数εに対して(仮定1' )で定まった如何なるδに対してであろうとも、
 ある(十分大きな)
自然数Nをとると、 
 『
i≧N⇒ 0<d ( Pi , A ) <δ』が成り立つ」 
    
論理記号で  (∃N∈N) (∀i∈N) ( i≧N⇒ 0<d ( Pi , A ) <δ ) 
 …(仮定
1'+仮定2'+仮定3' ) 
を意味する。 
したがって、 
任意の点列{ Pi }について、
仮定
1,仮定2,仮定3がともに満たされるならば、
(仮定
1'+仮定2'+仮定3' )によって、   
(仮定
1'+仮定2' )で定まった自然数N以上の項と、点Aとの距離d ( Pi , A ) について、
       0
< d ( Pi , A ) < δ 
が成り立つことになる。 
Step8:結論 
(仮定
1')は、
「
任意の正の実数εに対して、ある正の実数δをとると、
   『0<
d ( P, A )<δ ⇒ d ( f (P), c )<ε』が成り立つ」
    
論理記号で(∀ε>0)(∃δ>0)(∀P∈Rn )(0<d( P, A )<δ⇒ d ( f (P), c )<ε )
というものだった。
(仮定
1'+仮定2'+仮定3' )は、
「上記のδに対して、ある自然数
Nをとると、
       『
i≧N⇒ 0<d ( Pi , A )<δ』が成り立つ。」  
        つまり
(∃N∈N) (∀i∈N) ( i≧N⇒ 0< d ( Pi , A ) <δ )  
というものだった。 
(仮定
1'+仮定2'+仮定3' )と(仮定1')をあわせて考えると、
「
任意の正の実数εに対して、ある正の実数δ、ある自然数Nをとると、
  『
i≧N⇒0< d ( Pi , A ) <δ⇒ d ( f (Pi), c )<ε』 」 
  つまり
   (
∀ε>0)(∃δ>0)(∃N∈N) (∀i∈N)(i≧N⇒0<d ( Pi , A ) <δ⇒ d ( f (Pi), c )<ε )
となるが、
これは、
「
任意の正の実数εに対して、ある自然数Nをとると、
   『
i≧N⇒ d ( f (Pi), c )<ε』 」 
      つまり(
∀ε>0)(∃N∈N) (∀i∈N)(i≧N⇒ d ( f (Pi), c )<ε )
と簡略化でき、
「
数列{ f ( Pi ) }={ f ( P1 ), f ( P2 ) , f ( P3 ) ,… }={ f ( x11,x12,…,x1n ) , f (x21,x22,…,x2n ), f (x31,x32,…,x3n ),… }が
  
実数cに収束する」
ことの定義そのものとなる。
だから、
任意の点列{ Pi }について、
仮定
1,仮定2,仮定3がともに満たされるならば、
「
数列 { f ( Pi ) }={ f ( P1 ), f ( P2 ) , f ( P3 ) ,… }={ f ( x11,x12,…,x1n ) , f (x21,x22,…,x2n ), f (x31,x32,…,x3n ),… }が
  
実数cに収束する」
といえる。
 つまり、
 「
(∀{ Pi })((f ( P )→c ( P → A )かつPi→A (i→∞)かつ(∀i) ( Pi ≠A) )⇒ f (Pi)→c (i→∞))」  

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命題Q⇒命題Pの証明

Step1:証明したい「命題Q⇒命題P」を、証明しやすいかたちに、再定式化。
・ここで証明したいのは、「命題
Qが成り立つならば、命題Pが成り立つ」ということ。
・「命題
Qが成り立つならば、命題Pが成り立つ」は、
 その
対偶「命題Pが成り立たないならば、命題Qが成り立たない」
 に言い換えてもまったく同じ(∵
「ならば」の命題はその対偶と同値)。 
・そこで、ここでは、
 「命題
Qが成り立つならば、命題Pが成り立つ」を示すために、
 「命題
Pが成り立たないならば、命題Qが成り立たない」を示すことにする。 
Step2:「命題Pが成り立たないならば、命題Qが成り立たない」を分析。
ここで示したい
「命題Pが成り立たないならば、命題Qが成り立たない」は、
詳しくみると、
「「任意の正の実数δに対して、あるPが存在して、『0<d( P, A )<δ かつ d ( f (P), c )≧ε』を満たす」
  を成り立たせる正の
実数εが存在する」  
    
(∃ε>0)(∀δ>0)(∃P∈Rn )(0<d( P, A )<δ かつ d ( f (P), c )≧ε) 
ならば、
「次の条件をすべて満たす任意のRn上の点列{ Pi }={ P1 , P2 , P3,…}={ (x11,x12,…,x1n) , (x21,x22,…,x2n) , (x31,x32,…,x3n) ,…}が存在する。
 条件
1. Pi→A (i→∞)
 条件
2. P1≠A , P2≠A , P3≠A ,…
 条件
3. 『任意の自然数Nに対して、あるnが存在して、《n≧N かつ d ( f (Pn), c )≧ε 》を満たす』
     を成り立たせる
正の実数εが存在する』 」
  (∃{ Pi })(Pi→A (i→∞)かつ(∀i) ( Pi ≠A)かつ((∃ε>0)(∀N∈N)(∃i∈N)(i≧Nかつd ( f (Pi), c )≧ε)))
ということだとわかる。
[→とばしてstep3へ]
Step2-1:「命題Pが成り立たない」を分析。
・「命題
Pが成り立たない」とは、具体的には「『f ( P )→c ( P → A ) 』が成り立たない」ということ。
 これは、実は、
 
「「任意の正の実数δに対して、あるPが存在して、『0<d( P, A )<δ かつ d ( f (P), c )≧ε』を満たす」
  を成り立たせる正の
実数εが存在する」  
    
* 論理記号で  (∃ε>0)(∀δ>0)(∃P∈Rn )(0<d( P, A )<δ かつ d ( f (P), c )≧ε) 
 に他ならない。 
 このことは、以下の考察から明らか。 
・「『
f ( P )→c ( P → A )』が成り立たない」を、「f ( P )→c ( P→A )」の定義にしたがって書き下すと、 
 
「『任意の(どんな)正の実数εに対して(でも)、ある正の実数δをとると、
   0<
d( P, A )<δ ⇒ d ( f (P), c )<εが成り立つ』
  
とは限らない」 
  
* 論理記号で ¬( (∀ε>0)(∃δ>0)(∀P∈Rn )(0<d( P, A )<δ⇒d ( f (P), c )<ε) )  
 となる。
・
「『任意の(どんな)正の実数εに対して(でも)、ある正の実数δをとると、
   0<
d( P, A )<δ ⇒ d ( f (P), c )<εが成り立つ』
  
とは限らない」
    * 論理記号で ¬( (∀ε>0)(∃δ>0)(∀P∈Rn )(0<d( P, A )<δ⇒d ( f (P), c )<ε) )  
 は、   
 
「『ある正の実数δをとると、0<d( P, A )<δ ⇒ d ( f (P), c )<ε』
  
を成り立たせないある正の実数εが存在する」  
    
* 論理記号で  (∃ε>0)¬((∃δ>0)(∀P∈Rn )(0<d( P, A )<δ⇒d ( f (P), c )<ε) ) 
 に言換えられる。(∵
全称命題の否定) 
・
「『ある正の実数δをとると、0<d( P, A )<δ⇒d ( f (P), c )<ε』を成り立たせない正の実数εが存在する」  
    
* 論理記号で  (∃ε>0)¬((∃δ>0)(∀P∈Rn )(0<d( P, A )<δ⇒d ( f (P), c )<ε) )
 は、 
 
「「任意の正の実数δに対して、『0<d( P, A )<δ⇒d ( f (P), c )<ε』とならない」
  を成り立たせる正の
実数εが存在する」、  
    
* 論理記号で  (∃ε>0)(∀δ>0)¬((∀P∈Rn )(0<d( P, A )<δ⇒d ( f (P), c )<ε) ) 
 に言換えられる。(∵
存在命題の否定) 
・
「「任意の正の実数δに対して、『0<d( P, A )<δ⇒d ( f (P), c )<ε』とならない」
  を成り立たせる正の
実数εが存在する」  
    
* 論理記号で  (∃ε>0)(∀δ>0)¬((∀P∈Rn )(0<d( P, A )<δ⇒d ( f (P), c )<ε) ) 
 は、 
 
「「任意の正の実数δに対して、あるPが存在して、『0<d( P, A )<δ⇒d ( f (P), c )<ε』を満たさない」
  を成り立たせる正の
実数εが存在する」  
    
* 論理記号で  (∃ε>0)(∀δ>0)(∃P∈Rn )¬(0<d( P, A )<δ⇒d ( f (P), c )<ε) 
 に言換えられる。(∵
全称命題の否定) 
・
「「任意の正の実数δに対して、あるPが存在して、『0<d( P, A )<δ⇒d ( f (P), c )<ε』を満たさない」
  を成り立たせる正の
実数εが存在する」  
    
* 論理記号で  (∃ε>0)(∀δ>0)(∃P∈Rn )¬(0<d( P, A )<δ⇒d ( f (P), c )<ε) 
 は、
 
「「任意の正の実数δに対して、あるPが存在して、『0<d( P, A )<δ かつ d ( f (P), c )≧ε』を満たす」
  を成り立たせる正の
実数εが存在する」  
    
* 論理記号で  (∃ε>0)(∀δ>0)(∃P∈Rn )(0<d( P, A )<δ かつ d ( f (P), c )≧ε) 
 に言換えられる。(∵
ならばの否定)   
Step2-2:「命題Qが成り立たない」を分析。
・「命題
Qが成り立たない」とは、具体的には、
 「『
任意のRn上の点列{ Pi }={ P1 , P2 , P3,…}={ (x11,x12,…,x1n) , (x21,x22,…,x2n) , (x31,x32,…,x3n) ,…}について、
   
Pi→A (i→∞) かつ P1≠A , P2≠A , P3≠A ,…ならば、f (Pi)→c (i→∞) 』が成り立たない」  
  
* 論理記号では「¬(∀{ Pi })((f ( P )→c ( P → A )かつPi→A (i→∞)かつ(∀i) ( Pi ≠A))⇒ f (Pi)→c (i→∞))」
 ということ。   
 これは、実は、
 「次の条件をすべて満たす
Rn上の点列
         { Pi }={ P1 , P2 , P3,…}={ (x11,x12,…,x1n) , (x21,x22,…,x2n) , (x31,x32,…,x3n) ,…}
  が存在する。
   条件
1. Pi→A (i→∞)
   条件2. P1≠A , P2≠A , P3≠A ,…
   条件
3. 『任意の自然数Nに対して、あるiが存在して、《i≧N かつ d ( f (Pi), c )≧ε'' 》を満たす』
       を成り立たせる
正の実数ε''が存在する』 」    
  
* 論理記号では
  (∃{ Pi })(Pi→A (i→∞)かつ(∀i) ( Pi ≠A)かつ((∃ε''>0)(∀N∈N)(∃i∈N)(i≧Nかつd (f(Pi),c)≧ε'')))
 に他ならない。 
 このことは、以下の考察から明らか。
・「『
任意のRn上の点列{ Pi }={ P1 , P2 , P3,…}={ (x11,x12,…,x1n) , (x21,x22,…,x2n) , (x31,x32,…,x3n) ,…}について、
   
Pi→A (i→∞) かつ  P1≠A , P2≠A , P3≠A ,…ならば、 f (Pi)→c (i→∞) 』
  が
成り立たない」  
      
* 論理記号では「¬(∀{ Pi })((Pi→A (i→∞)かつ(∀i) ( Pi ≠A))⇒ f (Pi)→c (i→∞))」
 は、
 「『
Pi→A (i→∞) かつ  P1≠A , P2≠A , P3≠A ,…ならば、 f (Pi)→c (i→∞)』 
  を
満たさない、Rn上の点列{ Pi }={ P1 , P2 , P3,…}={ (x11,x12,…,x1n) , (x21,x22,…,x2n) , (x31,x32,…,x3n) ,…}もある」    
      
* 論理記号では「(∃{ Pi })¬((Pi→A (i→∞)かつ(∀i) ( Pi ≠A))⇒ f (Pi)→c (i→∞))」
 と言いかえられる。(∵
全称命題の否定)  
・「『
Pi→A (i→∞) かつ  P1≠A , P2≠A , P3≠A ,…ならば、 f (Pi)→c (i→∞)』 
  を
満たさない、Rn上の点列{ Pi }={ P1 , P2 , P3,…}={ (x11,x12,…,x1n) , (x21,x22,…,x2n) , (x31,x32,…,x3n) ,…}もある」    
      
* 論理記号では「(∃{ Pi })¬((Pi→A (i→∞)かつ(∀i) ( Pi ≠A))⇒ f (Pi)→c (i→∞))」
 は、
 「『《
Pi→A (i→∞) 》かつ《 P1≠A , P2≠A , P3≠A ,…》かつ《 f (Pi)→c (i→∞)とならない》』
  を満たす
Rn上の点列{ Pi }={ P1 , P2 , P3,…}={ (x11,x12,…,x1n) , (x21,x22,…,x2n) , (x31,x32,…,x3n) ,…}もある」    
      
* 論理記号では「(∃{Pn })(Pi→A (i→∞)かつ(∀i) ( Pi ≠A)かつ¬( f (Pi)→c (i→∞)))」
 に言換えられる。(∵
ならばの否定)   
・「
f (Pi)→c (i→∞)とならない」は、定義に遡ると、
 「『
任意の正の実数ε'' に対して、ある自然数Nをとると、《n≧N⇒d ( f (Pn), c )<ε'' 》 』
  
が成立しない」 
      
* 論理記号では¬(∀ε'' >0)(∃N∈N) (∀n∈N)(n≧N⇒d ( f (Pn), c )<ε'' )
  ということであり、これは、
  「
『ある自然数Nをとると、《n≧N⇒d ( f (Pn), c )<ε'' 》』を満たさない正の実数ε'' がある 」
      
* 論理記号では(∃ε'' >0)¬((∃N∈N) (∀n∈N)(n≧N⇒d ( f (Pn), c )<ε'' )) 
  と言換えることができ、(∵
全称命題の否定) 
  これはまた、
  「
『任意の自然数Nに対して、《n≧N⇒d ( f (Pn), c )<ε'' 》とならない』を満たす正の実数ε''がある」
      
* 論理記号では(∃ε'' >0)(∀N∈N)¬( (∀n∈N)(n≧N⇒d ( f (Pn), c )<ε'' )) 
  と言換えることができ、(∵
存在命題の否定)  
  さらにこれは、
  「
『任意の自然数Nに対して、あるnが存在して、《n≧N⇒d ( f (Pn), c )<ε''》を満たさない』
    を成り立たせる
正の実数ε''がある」
      
* 論理記号では(∃ε''>0)(∀N∈N)(∃n∈N)¬((n≧N⇒d ( f (Pn), c )<ε'' )) 
  と言いかえることができ、(∵
全称命題の否定) 
  これもまた、
  「
『任意の自然数Nに対して、あるnが存在して、《n≧N かつ d ( f (Pn), c )≧ε'' 》を満たす』
    を成り立たせる
正の実数ε'' がある」
      
* 論理記号では(∃ε'' >0)(∀N∈N)(∃n∈N)(n≧Nかつd ( f (Pn), c )≧ε'' ) 
  と言換えられる。(∵
ならばの否定)    
Step3:「命題Pが成り立たないならば、命題Qが成り立たない」を証明。
「「任意の正の実数δに対して、あるPが存在して、『0<d( P, A )<δ かつ d ( f (P), c )≧ε』を満たす」
  を成り立たせる正の
実数εが存在する」  
    
(∃ε>0)(∀δ>0)(∃P∈Rn )(0<d( P, A )<δ かつ d ( f (P), c )≧ε) 
ならば、
「次の条件をすべて満たすRn上の点列
   
{ Pi }={ P1 , P2 , P3,…}={ (x11,x12,…,x1n) , (x21,x22,…,x2n) , (x31,x32,…,x3n) ,…}
 
が存在する。
 条件
1. Pi→A (i→∞) すなわち、 (∀ε’>0) (∃N∈N) (∀i∈N) ( i≧N⇒ d ( Pi , A ) <ε’)   
 条件
2. P1≠A , P2≠A , P3≠A ,…   
 条件
3. 『任意の自然数Nに対して、あるnが存在して、《n≧N かつ d ( f (Pn), c )≧ε'' 》を満たす』
     を成り立たせる
正の実数ε'' が存在する
         
(∃ε'' >0)(∀N∈N)(∃n∈N)(n≧Nかつd ( f (Pn), c )≧ε'' ) 
 (∃{Pn })(Pn→A (n→∞)かつ(∀n)(Pn≠A)かつ((∃ε''>0)(∀N∈N)(∃n∈N)(n≧Nかつd (f(Pn),c)≧ε'')))」
を証明するために、
仮定
「「任意の正の実数δに対して、あるPが存在して、『0<d( P, A )<δ かつ d ( f (P), c )≧ε』を満たす」
   を成り立たせる正の
実数εが存在する」  
のもとで条件
1,2,3をすべて満たす
Rn上の点列{ Pi }={ P1 , P2 , P3,…}={ (x11,x12,…,x1n) , (x21,x22,…,x2n) , (x31,x32,…,x3n) ,…}の例をひとつあげる。

**********

仮定から、
仮定が存在を保証する「ある正の
実数ε」のもとで、
「
任意の正の実数δに対して」あるPが存在して、『0<d( P, A )<δ かつ d ( f (P), c )≧ε』を満たすというのだから、
この仮定と、仮定が存在を保証する「正の
実数ε」のもとでは、
δ
1=1/1 にたいして、『0<d( P1, A )<1/1=δ1 かつ d ( f (P1), c )≧ε』を満たす点P1の存在が保証され、
δ
2=1/2 にたいして、『0<d( P2, A )<1/2=δ2 かつ d ( f (P2), c )≧ε』を満たす点P2の存在が保証され、
δ
3=1/3 にたいして、『0<d( P3, A )<1/3=δ3 かつ d ( f (P3), c )≧ε』を満たす点P3の存在が保証され、
δ
4=1/4 にたいして、『0<d( P4, A )<1/4=δ4 かつ d ( f (P4), c )≧ε』を満たす点P4の存在が保証され、
   :
δ
i=1/i (i は自然数 )にたいして、『0<d( Pi, A )<1/i =δi かつ d ( f (Pi), c )≧ε』を満たす点Piの存在が保証され、
   :
となる。
この仮定と、仮定が存在を保証する「正の
実数ε」のもとで、
存在が保証された
点 P1 , P2 , P3,…を並べてRn上の点列{ Pi }をつくる。
この仮定と、仮定が存在を保証する「正の
実数ε」のもとで、存在が保証された点列{ Pi }は 
  ・ 
(∀i∈N) (d( Pi, A )<1/i≦1 )  …(3-0-1)
  ・ (∀i∈N) (0<d( Pi, A ) )    …(3-0-2)
  ・ (∀i∈N) ( d( f (Pi), c )≧ε)   …(3-0-3)
を満たしている。 

1.この{ Pi }は、
  条件
1「 Pi→A (i→∞) 」すなわち (∀ε’>0) (∃N∈N) (∀i∈N) ( i≧N⇒ d ( Pi , A ) <ε’) 
 を満たす。
 なぜなら、
 
任意の正の実数ε’にたいして、1/ε’以上の自然数をNとしてとると、(3-0-1)より、 
    
i≧N ⇒ d ( Pi , A ) <ε’ 
 を満たす。…
(3-1)

 (ex-1:ε’≧1の場合)
  
(3-0-1)より、∀i∈N に対して、d ( Pi , A ) < 1 だから、
  
ε’=1000,100,10,1 などでは、1/ε’以上の自然数、すなわち、1以上の自然数をNとしてとると、
                    
(つまりどの自然数をNとして取ってもよい)
   i≧N ⇒ d ( Pi , A ) < ε’ を満たし、
   
(3-1)が成り立つ。 。
 
(ex-2:1>ε’≧0.5 の場合)
 ・
ε’=0.99にたいして、1/ε’=1.010101…以上の自然数、すなわち、2以上の自然数をNとしてとると、
   
(3-0-1)より、 i≧N ⇒ d ( Pi , A ) < ε’ を満たし、(3-1)が成り立つ。 
 ・
ε’=0.7にたいして、1/ε’=1.4285…以上の自然数、すなわち、2以上の自然数をNとしてとると、
   
(3-0-1)より、 i≧N ⇒ d ( Pi , A ) < ε’ を満たし、(3-1)が成り立つ。    
 ・
ε’=0.5にたいして、1/ε’=2 以上の自然数をNとしてとると、
   
(3-0-1)より、 i≧N ⇒ d ( Pi , A ) < ε’ を満たし、(3-1)が成り立つ。 
 
(ex-3:0.5>ε’≧0.333… の場合)
 ・
ε’=0.499にたいして、1/ε’=2.004008…以上の自然数、すなわち、3以上の自然数をNとしてとると、
   
(3-0-1)より、 i≧N ⇒ d ( Pi , A ) < ε’ を満たし、(3-1)が成り立つ。 
 ・
ε’=0.4にたいして、1/ε’=2.5以上の自然数、すなわち、3以上の自然数をNとしてとると、
   
(3-0-1)より、 i≧N ⇒ d ( Pi , A ) < ε’ を満たし、(3-1)が成り立つ。 
 ・
ε’=0.333…にたいして、1/ε’=3以上の自然数をNとしてとると、
   
(3-0-1)より、 i≧N ⇒ d ( Pi , A ) < ε’ を満たし、(3-1)が成り立つ。 
 
(ex-4:0.333…>ε’≧0.25の場合)
 ・
ε’=0.3にたいして、1/ε’=3.333…以上の自然数、すなわち、4以上の自然数をNとしてとると、
   
(3-0-1)より、 i≧N ⇒ d ( Pi , A ) < ε’ を満たし、(3-1)が成り立つ。 
 ・
ε’=0.26にたいして、1/ε’=3.846…以上の自然数、すなわち、4以上の自然数をNとしてとると、
   
(3-0-1)より、 i≧N ⇒ d ( Pi , A ) < ε’ を満たし、(3-1)が成り立つ。 
 ・
ε’=0.25にたいして、1/ε’=4以上の自然数をNとしてとると、
   
(3-0-1)より、 i≧N ⇒ d ( Pi , A ) < ε’ を満たし、(3-1)が成り立つ。 
 :

2.この{ Pi }は、条件2「 P1≠A , P2≠A , P3≠A ,…」を満たす。
 
(3-0-2)より、(∀i∈N) ( d( Pi , A ) >0) 。つまり、(∀i∈N) ( d( Pi , A ) ≠0) 。   
 
距離の定義より、 d( Pi , A )=0となるのは、Pi = Aのときに限られるから、
 
(∀i∈N) ( d( Pi , A ) ≠0)は、(∀i∈N) ( Pi ≠ A ) を意味する。  

3.この{ Pi }は、
  条件
3「 『任意の自然数Nに対して、あるiが存在して、《i≧N かつ d ( f (Pi), c )≧ε'' 》を満たす』
              を成り立たせる
正の実数ε'' が存在する」
   
(∃ε'' >0)(∀N∈N)(∃i∈N)(i≧Nかつd ( f (Pi), c )≧ε'' )
 
を満たす。
 なぜなら、
 仮定と、仮定が存在を保証する「正の
実数ε」のもとで、存在が保証された{ Pi }は、
 
(3-0-3)より、 (∀i∈N) (d ( f (Pi), c )≧ε) を満たすので、
 
(∀N∈N)(∃i∈N)(i≧Nかつd ( f (Pi), c )≧ε ) 
 も満たすが、
 このことは、
 「仮定が存在を保証するε」が、「条件
3が存在を主張するε'' 」の実例をなすこと、
 そして、
{ Pi }が条件3を満たすこと
 の証左にほかならない。

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