For a function f : A → B f: A \rightarrow B f : A → B to be uniformly continuous we need that
∀ ε > 0 ∃ δ > 0 ∀ x , y ∈ A : ∣ x − y ∣ < δ ⇒ ∣ f ( x ) − f ( y ) ∣ < ε \forall \varepsilon>0 \exists \delta>0 \forall x, y \in A:|x-y|<\delta \Rightarrow|f(x)-f(y)|<\varepsilon ∀ ε > 0∃ δ > 0∀ x , y ∈ A : ∣ x − y ∣ < δ ⇒ ∣ f ( x ) − f ( y ) ∣ < ε
We have in your case f ( x ) = 1 x 2 . f(x)=\frac{1}{x^{2}}. f ( x ) = x 2 1 .
We have ∀ x , y ∈ [ 1 , ∞ ) \forall x, y \in[1, \infty) ∀ x , y ∈ [ 1 , ∞ )
∣ f ( x ) − f ( y ) ∣ = ∣ 1 x 2 − 1 y 2 ∣ = ∣ y 2 − x 2 x 2 y 2 ∣ = 1 x 2 y 2 ∣ y 2 − x 2 ∣ = 1 x 2 y 2 ∣ y + x ∣ ∣ y − x ∣ |f(x)-f(y)|=\left|\frac{1}{x^{2}}-\frac{1}{y^{2}}\right|=\left|\frac{y^{2}-x^{2}}{x^{2} y^{2}}\right|=\frac{1}{x^{2} y^{2}}\left|y^{2}-x^{2}\right|=\frac{1}{x^{2} y^{2}}|y+x||y-x| ∣ f ( x ) − f ( y ) ∣ = ∣ ∣ x 2 1 − y 2 1 ∣ ∣ = ∣ ∣ x 2 y 2 y 2 − x 2 ∣ ∣ = x 2 y 2 1 ∣ ∣ y 2 − x 2 ∣ ∣ = x 2 y 2 1 ∣ y + x ∣∣ y − x ∣
Now, since y + x > 0 y+x>0 y + x > 0 and ∣ y − x ∣ = ∣ x − y ∣ |y-x|=|x-y| ∣ y − x ∣ = ∣ x − y ∣ we get
1 x 2 y 2 ∣ y + x ∥ y − x ∣ = x + y x 2 y 2 ∣ x − y ∣ = ( 1 x y 2 + 1 x 2 y ) ∣ x − y ∣ < ∣ x − y ∣ \frac{1}{x^{2} y^{2}}|y+x \| y-x|=\frac{x+y}{x^{2} y^{2}}|x-y|=\left(\frac{1}{x y^{2}}+\frac{1}{x^{2} y}\right)|x-y|<|x-y| x 2 y 2 1 ∣ y + x ∥ y − x ∣ = x 2 y 2 x + y ∣ x − y ∣ = ( x y 2 1 + x 2 y 1 ) ∣ x − y ∣ < ∣ x − y ∣
since 1 x y 2 < 1 2 \frac{1}{x y^{2}}<\frac{1}{2} x y 2 1 < 2 1 and 1 x 2 y < 1 2 for x , y ∈ [ 1 , ∞ ) . \frac{1}{x^{2} y}<\frac{1}{2}\ \text{for}\ x, y \in[1, \infty). x 2 y 1 < 2 1 for x , y ∈ [ 1 , ∞ ) .
Therefore if you set δ = ε \delta=\varepsilon δ = ε we get
∣ f ( x ) − f ( y ) ∣ < ∣ x − y ∣ < δ = ε |f(x)-f(y)|<|x-y|<\delta=\varepsilon ∣ f ( x ) − f ( y ) ∣ < ∣ x − y ∣ < δ = ε
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