פתרון אינפי 1, תשס"ב, מועד א,
(המבחן )
חלק א'
1) התשובה היא ב'. שלא כמו בלמה של קנטור, חסרה ההנחה של שאיפת גודל ההפרש ל- . היא סדרה עולה החסומה מלעיל ע"י (באינדוקציה - גדולה יותר מכל שאר איברי שגדולים יותר מכל איברי ) ולכן מתכנסת. בצורה דומה, היא סדרה יורדת החסומה מלרע ע"י ולכן מתכנסת. פוסל את ג', ד'. נותר להראות באמצעות דוגמא את ב':
דוגמא: , .
2) התשובה היא ב'.
הפרכה לג', ד': . ברור אבל .
אותה סדרה היא גם הפרכה טריוויאלית לסעיף א'. ב' נכון שכן .
(נובע ישירות מההגדרות, שכן אם אז .) פורמלית: יהי . מתקיים ולכן לכל קיים כך ש- , כלומר כך ש- . מש"ל.
3) ד'. או נק'. שתי דוגמאות: , . באחת יש אינסוף נקודות (סדרה מתכנסת ולכן חסומה, ולכן כל מה שגדול מהחסם העליון שלה), בשניה נניח בשלילה שיש נקודה בחיתוך ונתבונן במקום , כלומר בקטע שלא מכיל את כלל, בסתירה.
4) התשובה היא ד'. הפרכה לא', ב', ג': נגדיר ,
אז ברור שההרכבה רציפה, שכן והוכחנו רציפות כל הפונקציות הלינאריות.
גם וגם אינן רציפות ב- , ולכן זאת הפרכה ל-ג' והוכחה ל-ד'.
5) עבור מקבלים טור מתכנס לפי לייבניץ, מה שפוסל את ג',ד'. עבור הטור מתכנס (ל- ) מה שפוסל את ב'. עבור מקבלים , שמתבדר לפי העיבוי כי . פוסל את א', לכן נותרנו רק עם ה', שהיא התשובה הנכונה. (ישירות, נראה שהטור מתכנס בהחלט עבור , ובפרט מתכנס, ואז נבדוק את המקרים הנותרים.)
6 הורוביץ) ברור שב'. הפרכה לא',ג':
עולה ממש ואינה רציפה בקטע .
הוכחת ב': בשלילה, .
בסתירה לכך ש- עולה ממש, שהרי בה"כ ולכן בסתירה להיותם שווים.
6 זלצמן וקליין) ג'. ד"ר שיין הוכיח טענה כמעט זהה - 7.8.
הוכחה: עולה ממש ולכן לפי ההשאלה הקודמת היא חח"ע. גזירה ב ובפרט רציפה בסביבתה. לכן הפונ' ההפוכה מוגדרת ורציפה בסביבת . כעת, לפי ההנחה גזירה ב- ולכן .
מכאן נקבל , בהנחה שהנגזרת שונה מ- . לכן ובפרט קיים. לכן הפונ' ההפוכה גזירה בנקודה . בכיוון ההפוך, נראה את ה- contrapositive: אם הפונ' ההפוכה גזירה אז הנגזרת שווה להופכי של הנגזרת של , ולכן הנגזרת שונה מ- (זה לא נימוק לגמרי פורמלי).
חלק ב'
7) .
זהו שיפוע המשיק.
כעת, נציב במש' ישר עם הנקודה , ונקבל: .
8) היה במערכי התרגול [[1]] עבור סכום עד . הפתרון כמעט זהה. נראה שהיא מונוטונית וחסומה:
ולכן הסדרה היא מונוטונית יורדת. באינדוקציה הסדרה חסומה מלרע ע"י (כי סכום חיוביים הוא חיובי). לכן הסדרה מתכנסת.
9) הטור מתבדר, שכן התנאי הההכרחי אינו מתקיים; הסדרה אינה שואפת ל- כאשר שואף לאינסוף, אלא שואפת לאינסוף.
(המשפט הקודם נכון, אבל זוועתי להוכחה, ויש דרך קלה:)
בשביל לבדוק התכנסות בהחלט, נשתמש במבחן קושי: נחפש את הגבול העליון של .
קיבלנו גורם 8, גורם , וגורם 1. לכן הגבול, ובפרט הגבול העליון, הוא , (מסכן מי ששכח להביא מחשבון - זה יוצא די קרוב ל-1) ולכן הטור הנתון אינו מתכנס בהחלט. יתרה מכך, עפ"י המשפט שהוכחנו (משפט קושי המעודן, לתלמידי ד"ר שיין) נובע מכך שהטור המקורי מתבדר.
חלק ג'
10) הפרכה: ניקח , . לפי לייבניץ הטור מתכנס, וברור ש- שואפת ל- שכן , אבל המכפלה מתבדרת לפי מבחן העיבוי, שיעורי הבית, הבוחן ומבחן האינטגרל:)
(נגדיר בשביל ענייני תחום-הגדרה, ברור שזה לא משנה)
11) נגדיר פונקצייה על-ידי . כעת, נתבונן ב- :
ואילו , ולכן לפי משפט ערך הביניים ל- יש שורש (כלומר היא מתאפסת) בנקודה כלשהי בקטע .
באותו האופן, ולכן יש ל- שורש בקטע . כל שורש של הוא נקודה בה הפונ' שוות, ומצאנו שיש לפחות 2 כאלה.
12 זלצמן) הוכחה:
מכיון ש- אז ניתן להגדיר את "מחדש" כפונקציה מפוצלת באופן הבא (מבלי לשנות בעצם את הגדרת ). .
.
רציפה ובעלת מחזור ולכן רציפה במ"ש ב- ולכן רציפה במ"ש גם בכל קטע חלקי ל- , ובפרט בקרן החיובית הסגורה .
ידוע ש- רציפה במ"ש ב- ולכן רציפה במ"ש גם בכל קטע חלקי ל- , ובפרט בקרן השלילית הסגורה .
לכן רציפה במ"ש ב- וכמו כן ב- . לקרנות הנ"ל יש נקודה משותפת () ולכן (לפי משפט ממערכי התרגול) רציפה באיחוד הקרנות, שהוא הישר הממשי כולו.
12 קליין) נגדיר פונקציה על-ידי .
מתאפסת בשתי נקודות שונות בקטע ולכן לפי משפט רול קיימת נקודה בפנים הקטע בה נגזרתה מתאפסת. כלומר . לכן , ומכאן ש- . מש"ל.
12 הורוביץ) פונ' רציפה בקטע סגור מקבלת בו מקסימום ומינימום (ויירשטראס II). בשלילה, נניח שהאינפימום אינו חיובי, ומייד נקבל סתירה שכן הפונ' צריכה לקבל את האינפימום שלה, ובנקודה זאת הפונ' תהיה אי-חיובית, בסתירה.