<?xml version="1.0" encoding="UTF-8"?>
<!DOCTYPE html PUBLIC "-//W3C//DTD XHTML 1.1 plus MathML 2.0//EN"
   "http://www.w3.org/Math/DTD/mathml2/xhtml-math11-f.dtd">
<html xmlns="http://www.w3.org/1999/xhtml">
<head> 
<meta http-equiv="content-type" content="text/html; charset=UTF-8" />
<title>Sheet2: 620-295 Real Analysis with applications</title>
<style type="text/css">
body {
    counter-reset: section 0;  
    text-align: justify
}

h2.title {
    text-align:center
}
p.author {
    text-align:center
}
li {
    text-indent: 0em;
}
p.indent {
    text-indent: 2em; 
}

h2.section {
    counter-reset: eqn 0 result 0 subsection 0;  
}
h2.section:before {
    content: counter(section) ". ";
    counter-increment: section 1;  /* Add 1 to section */
}
h3.subsection:before {
    content: counter(section) "." counter(subsection);
    counter-increment: subsection;  /* Add 1 to subsection */
}

div.theorem:before { 
    content: "Theorem " counter(section) "." counter(result) " "; 
    counter-increment: result 1;
    font-style: normal; 
    font-weight: bold; 
}
div.theorem{ font-style:italic }
div.proposition:before { 
    content: "Proposition " counter(section) "." counter(result) " "; 
	counter-increment: result 1;
    font-style: normal; 
    font-weight: bold; 
}
div.proposition{ font-style:italic }
div.lemma:before { 
    content: "Lemma " counter(section) "." counter(result) " "; 
    counter-increment: result;
    font-style: normal; 
    font-weight: bold; 
}
div.lemma{ font-style:italic }

table.dispeq {
   width:100%;
   }
td.eq {
   text-align:center;
     }
td.eqno {
    width: 10px;
    text-align:right;
    }
td.eqno:after { 
     content: "("counter(section)"."counter(eqn)")";
     counter-increment: eqn;
     font-style: normal; 
  }
</style>
</head>

<body>
<h2 class="title"> 620-295 Real Analysis with applications <br /><br />
Problem Sheet 2</h2>

<p class="author">
Arun Ram <br />
Department of Mathematics and Statistics <br />
University of Melbourne <br />
Parkville VIC 3010 Australia <br />
aram@unimelb.edu.au <br />
<br />
</p>


<p> Last updates: 10 August 2009 </p>


<h2 class="section"> Groups and Monoids </h2>

<ol>

<li>  Let 
<math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML">
<mi>S</mi>
</math> 
be a set with an associative operation with identity.  Show that the identity is unique.
(This tells us that any commutative monoid has only one heart.) <br /><br />
</li>

<li>  Let 
<math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML">
<mi>S</mi>
</math> 
be a set with an associative operation with identity.  Let
<math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML">
<mi>s</mi><mo>&isin;</mo><mi>S</mi>
</math> 
and assume that 
<math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML">
<mi>s</mi>
</math> 
has an inverse in 
<math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML">
<mi>S</mi>
</math>. 
Show that the inverse of
<math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML">
<mi>s</mi>
</math> 
is unique. (This tell us that any element of an abelian group has only one mate.)  <br /><br />
</li>

<li>  Let 
<math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML">
<mi>S</mi>
</math> 
be a set with identity.  Let
<math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML">
<mi>s</mi><mo>&isin;</mo><mi>S</mi>
</math> 
and assume that 
<math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML">
<mi>s</mi>
</math> 
has an inverse in 
<math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML">
<mi>S</mi>
</math>. 
Show that the inverse of the inverse of 
<math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML">
<mi>s</mi>
</math> 
is equal to
<math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML">
<mi>s</mi>
</math>. (This tells us that 
<math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML">
<mo>-</mo><mo>(</mo><mo>-</mo><mi>s</mi><mo>)</mo>
<mo>=</mo><mi>s</mi></math>.) <br /><br />
</li>

<li>  Let 
<math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML">
<mi>S</mi>
</math> 
be an abelian group.  Show that if
<math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML">
<mi>a</mi><mo>+</mo><mi>c</mi><mo>=</mo><mi>b</mi><mo>+</mo><mi>c</mi>
</math> then 
<math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML">
<mi>a</mi><mo>=</mo><mi>b</mi>
</math>.  <br /><br />
</li>

<li> Let
<math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML">
<mi>S</mi>
</math> 
be a ring.  Show that if
<math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML">
<mi>s</mi><mo>&isin;</mo><mi>S</mi>
</math> then 
<math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML">
<mi>s</mi><mo>&sdot;</mo><mn>0</mn>
<mo>=</mo><mn>0</mn>
</math>. <br /><br />
</li>
</ol>

<h2 class="section"> The number systems
<math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML">
<mi>&Zopf;</mi><mo>,</mo>
<mi>&Qopf;</mi><mo>,</mo>
<mi>&Ropf;</mi><mo>,</mo>
</math>
and
<math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML">
<mi>&Copf;</mi>
</math>
</h2>


<ol>



<li> Prove that
<math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML">
<mstyle displaystyle="true">
<munderover><mo>&sum;</mo><mrow><mi>k</mi><mo>=</mo><mn>1</mn></mrow>
<mi>n</mi></munderover><mi>k</mi>
</mstyle>
<mo>=</mo>
<mfrac><mn>1</mn><mn>2</mn></mfrac> <mi>n</mi><mo>(</mo><mi>n</mi><mo>+</mo><mn>1</mn><mo>)</mo>
</math>. <br /><br />
</li>

<li> Prove that
<math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML">
<mstyle displaystyle="true">
<munderover><mo>&sum;</mo><mrow>
<mi>k</mi>
<mo>=</mo><mn>1</mn></mrow>
<mi>n</mi></munderover>
<mo>(</mo><mn>2</mn><mi>k</mi><mo>-</mo><mn>1</mn><mo>)</mo>
</mstyle>
<mo>=</mo>
<msup><mi>n</mi><mn>2</mn></msup>
</math>. <br /><br />
</li>

<li> Prove that
<math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML">
<mstyle displaystyle="true">
<munderover><mo>&sum;</mo><mrow>
<mi>k</mi>
<mo>=</mo><mn>1</mn></mrow>
<mi>n</mi></munderover>
<mo>(</mo><mn>3</mn><mi>k</mi><mo>-</mo><mn>2</mn><mo>)</mo>
</mstyle>
<mo>=</mo>
<mfrac><mn>1</mn><mn>2</mn></mfrac> <mi>n</mi><mo>(</mo><mn>3</mn><mi>n</mi><mo>-</mo><mn>1</mn><mo>)</mo>
</math>. <br /><br />
</li>

<li> Prove that
<math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML">
<mstyle displaystyle="true">
<munderover><mo>&sum;</mo><mrow><mi>k</mi><mo>=</mo><mn>1</mn></mrow>
<mi>n</mi></munderover>
<msup><mi>k</mi><mn>2</mn></msup>
</mstyle>
<mo>=</mo>
<mfrac><mn>1</mn><mn>6</mn></mfrac> <mi>n</mi>
<mo>(</mo><mi>n</mi><mo>+</mo><mn>1</mn><mo>)</mo>
<mo>(</mo><mn>2</mn><mi>n</mi><mo>+</mo><mn>1</mn><mo>)</mo>
</math>. <br /><br />
</li>

<li> Prove that
<math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML">
<mstyle displaystyle="true">
<munderover><mo>&sum;</mo><mrow><mi>k</mi><mo>=</mo><mn>1</mn></mrow>
<mi>n</mi></munderover>
<msup><mi>k</mi><mn>3</mn></msup>
</mstyle>
<mo>=</mo>
<mfrac><mn>1</mn><mn>4</mn></mfrac> 
<msup><mi>n</mi><mn>2</mn></msup>
<msup>
<mrow><mo>(</mo><mi>n</mi><mo>+</mo><mn>1</mn><mo>)</mo></mrow>
<mn>2</mn></msup>
</math>. <br /><br />
</li>

<li> Prove that
<math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML">
<mstyle displaystyle="true">
<munderover><mo>&sum;</mo><mrow><mi>k</mi><mo>=</mo><mn>1</mn></mrow>
<mi>n</mi></munderover>
<msup><mi>k</mi><mn>3</mn></msup>
</mstyle>
<mo>=</mo>
<msup><mrow><mo>(</mo>
<mstyle displaystyle="true">
<munderover><mo>&sum;</mo><mrow><mi>k</mi><mo>=</mo><mn>1</mn></mrow>
<mi>n</mi></munderover>
<mi>k</mi>
</mstyle>
<mo>)</mo></mrow><mn>2</mn></msup>
</math>. <br /><br />
</li>

<li> Prove that
<math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML">
<mstyle displaystyle="true">
<munderover><mo>&sum;</mo><mrow><mi>k</mi><mo>=</mo><mn>1</mn></mrow>
<mi>n</mi></munderover>
<mfrac><mn>1</mn><mrow><mi>k</mi><mo>(</mo><mi>k</mi><mo>+</mo><mn>1</mn><mo>)</mo></mrow></mfrac>
<mo>=</mo>
<mfrac><mi>n</mi><mrow><mi>n</mi><mo>+</mo><mn>1</mn></mrow></mfrac>
</mstyle>
</math>. <br /><br />
</li>

<li> Define
<math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML">
<msub><mi>a</mi><mn>1</mn></msub>
<mo>=</mo><mn>0</mn>
</math>,
<math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML">
<msub><mi>a</mi><mrow><mn>2</mn><mi>k</mi></mrow></msub>
<mo>=</mo>
<mfrac><mn>1</mn><mn>2</mn></mfrac>
<msub><mi>a</mi><mrow><mn>2</mn><mi>k</mi><mo>-</mo><mn>1</mn></mrow></msub>
</math>
and
<math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML">
<msub><mi>a</mi><mrow><mn>2</mn><mi>k</mi><mo>+</mo><mn>1</mn></mrow></msub>
<mo>=</mo>
<mfrac><mn>1</mn><mn>2</mn></mfrac><mo>+</mo>
<msub><mi>a</mi><mrow><mn>2</mn><mi>k</mi></mrow></msub>
</math>. Show that
<math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML">
<msub><mi>a</mi><mrow><mn>2</mn><mi>k</mi></mrow></msub>
<mo>=</mo>
<mfrac><mn>1</mn><mn>2</mn></mfrac><mo>-</mo>
<msup><mrow><mo>(</mo>
<mfrac><mn>1</mn><mn>2</mn></mfrac>
<mo>)</mo></mrow><mn>k</mn></msup>
</math>.
 <br /><br />
</li>

<li> Prove that if 
<math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML">
<mi>n</mi><mo>&isin;</mo>
<msub><mi>&Zopf;</mi><mrow><mo>&gt;</mo><mn>0</mn></mrow></msub>
</math>
then 3 is a factor of
<math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML">
<msup><mi>n</mi><mn>3</mn></msup>
<mo>-</mo><mi>n</mi><mo>+</mo><mn>3</mn>
</math>. <br /><br />
</li>

<li> Prove that if 
<math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML">
<mi>n</mi><mo>&isin;</mo>
<msub><mi>&Zopf;</mi><mrow><mo>&gt;</mo><mn>0</mn></mrow></msub>
</math>
then 9 is a factor of
<math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML">
<msup><mn>10</mn><mrow><mi>n</mi><mo>+</mo><mn>1</mn></mrow></msup>
<mo>+</mo><mn>3</mn><mi>&sdot;</mi>
<msup><mn>10</mn><mi>n</mi></msup>
<mo>+</mo><mn>5</mn>
</math>. <br /><br />
</li>

<li> Prove that if 
<math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML">
<mi>n</mi><mo>&isin;</mo>
<msub><mi>&Zopf;</mi><mrow><mo>&gt;</mo><mn>0</mn></mrow></msub>
</math>
then 4 is a factor of
<math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML">
<msup><mn>5</mn><mi>n</mi></msup>
<mo>-</mo><mn>1</mn>
</math>. <br /><br />
</li>

<li> Prove that if 
<math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML">
<mi>n</mi><mo>&isin;</mo>
<msub><mi>&Zopf;</mi><mrow><mo>&gt;</mo><mn>0</mn></mrow></msub>
</math>
then 
<math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML">
<mi>x</mi><mo>-</mo><mi>y</mi>
</math>
is a factor of
<math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML">
<msup><mi>x</mi><mi>n</mi></msup>
<mo>-</mo>
<msup><mi>y</mi><mi>n</mi></msup>
</math>. <br /><br />
</li>


<li> Give an example of 
<math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML">
<mi>s</mi><mo>&isin;</mo><mi>&Qopf;</mi>
</math>
which has more than one representation as a fraction. <br /><br />
</li>

<li> Show that 
<math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML">
<msqrt><mn>2</mn></msqrt><mo>&notin;</mo><mi>&Qopf;</mi>
</math>.<br /><br />
</li>

<li> Show that 
<math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML">
<msqrt><mn>3</mn></msqrt><mo>&notin;</mo><mi>&Qopf;</mi>
</math>.<br /><br />
</li>

<li> Show that 
<math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML">
<msqrt><mn>15</mn></msqrt><mo>&notin;</mo><mi>&Qopf;</mi>
</math>.<br /><br />
</li>

<li> Show that 
<math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML">
<msup><mn>2</mn><mn>1/3</mn></msup><mo>&notin;</mo><mi>&Qopf;</mi>
</math>.<br /><br />
</li>

<li> Show that 
<math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML">
<msup><mn>11</mn><mn>1/4</mn></msup><mo>&notin;</mo><mi>&Qopf;</mi>
</math>.<br /><br />
</li>

<li> Show that 
<math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML">
<msup><mn>16</mn><mn>1/5</mn></msup><mo>&notin;</mo><mi>&Qopf;</mi>
</math>.<br /><br />
</li>

<li> Show that 
<math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML">
<msqrt><mn>2</mn></msqrt><mo>+</mo><msqrt><mn>3</mn></msqrt><mo>&notin;</mo><mi>&Qopf;</mi>
</math>.<br /><br />
</li>



<li> Give an example of 
<math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML">
<mi>s</mi><mo>&isin;</mo><mi>&Ropf;</mi>
</math>
which has more than one decimal expansion. <br /><br />
</li>

<li> Compute the decimal expansion of 
<math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML">
<mi>&pi;</mi></math> to 30 digits. <br /><br />
</li>
<li> Compute the decimal expansion of 
<math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML">
<mn>2</mn><mi>&pi;</mi></math> to 30 digits. <br /><br />
</li>
<li> Compute the decimal expansion of 
<math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML">
<msup><mi>&pi;</mi><mn>2</mn></msup></math> to 30 digits. <br /><br />
</li>
<li> Compute the decimal expansion of 
<math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML">
<mo>-</mo><mi>&pi;</mi></math> to 30 digits. <br /><br />
</li>
<li> Compute the decimal expansion of 
<math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML">
<msup><mi>&pi;</mi><mn>-1</mn></msup></math> to 30 digits. <br /><br />
</li>
<li> Show that
.9999... = 1.00000... . <br /><br />
</li>
<li> Compute the decimal expansion of 
<math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML">
<msqrt><mn>2</mn></msqrt></math> to 30 digits. <br /><br />
</li>
<li> Let
<math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML">
<mi>z</mi><mo>=</mo><mi>x</mi><mo>+</mo><mi>y</mi><mi>i</mi>
</math>
with
<math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML">
<mi>x</mi><mo>,</mo><mi>y</mi><mo>&isin;</mo><mi>&Ropf;</mi>
</math>.  Show that
<math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML">
<msup><mi>z</mi><mn>-1</mn></msup>
<mo>=</mo> <mfrac><mn>1</mn><mrow><mo>&vert;</mo><mi>z</mi>
<msup><mo>&vert;</mo><mn>2</mn></msup></mrow></mfrac>
<mo>(</mo><mi>x</mi><mo>-</mo><mi>y</mi><mi>i</mi><mo>)</mo>
</math>.<br /><br />
</li>

</ol>

<h2 class="section"> Orders </h2>

<ol>

<li> Define the following and give an example for each:
<dl> 
<dt> (a) &nbsp;
partial order, </dt>
<dt> (b) &nbsp;
total order, </dt>
<dt> (c) &nbsp;
order, </dt>
<dt> (d) &nbsp;
ordered set, </dt>
<dt> (e) &nbsp;
maximum,</dt>
<dt> (f) &nbsp;
minimum, </dt>
<dt> (g) &nbsp;
upper bound,</dt> 
<dt> (h) &nbsp;
lower bound, </dt>
<dt> (i) &nbsp;
bounded above, </dt>
<dt> (j) &nbsp;
bounded below, </dt>
<dt> (k) &nbsp;
least upper bound, </dt>
<dt> (l) &nbsp;
greatest lower bound, </dt>
<dt> (m) &nbsp;
supremum, </dt>
<dt> (n) &nbsp;
infimum, </dt>
<dt> (o) &nbsp;
intervals. </dt>
</dl><br />
</li>

<li>  An ordered set 
<math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML">
<mi>S</mi>
</math> has the <em>least upper bound property</em> if it satisfies:
<dl>
<dt> If
<math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML">
<mi>E</mi><mo>&sube;</mo><mi>S</mi>
</math>,
<math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML">
<mi>E</mi><mo>&ne;</mo><mo>&empty;</mo>
</math>, and 
<math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML">
<mi>E</mi>
</math> is bounded above then
<math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML">
<mi>sup</mi><mo>(</mo><mi>E</mi><mo>)</mo>
</math> exists in 
<math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML">
<mi>S</mi>
</math>.
</dt>
</dl> <br/>
</li>

<li>  An ordered set 
<math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML">
<mi>S</mi>
</math> is  <em>well ordered</em> if it satisfies:
<dl>
<dt> If
<math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML">
<mi>E</mi><mo>&sube;</mo><mi>S</mi>
</math> then
<math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML">
<mi>E</mi>
</math> has a minimal element.
</dt>
</dl> <br/>
</li>

<li>  An ordered set 
<math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML">
<mi>S</mi>
</math> is  <em>totally ordered</em> if it satisfies:
<dl>
<dt> If
<math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML">
<mi>x</mi><mo>,</mo><mi>y</mi><mo>&isin;</mo><mi>S</mi>
</math> then
<math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML">
<mi>x</mi><mo>&lt;</mo><mi>y</mi>
</math> or
<math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML">
<mi>x</mi><mo>&lt;</mo><mi>y</mi>
</math>.
</dt>
</dl> <br/>
</li>

<li>  An ordered set 
<math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML">
<mi>S</mi>
</math> is  <em>a lattice</em> if it satisfies:
<dl>
<dt> If
<math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML">
<mi>x</mi><mo>,</mo><mi>y</mi><mo>&isin;</mo><mi>S</mi>
</math> then
<math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML">
<mi>sup</mi><mo>{</mo><mi>x</mi><mo>,</mo><mi>y</mi><mo>}</mo>
</math> and
<math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML">
<mi>inf</mi><mo>{</mo><mi>x</mi><mo>,</mo><mi>y</mi><mo>}</mo>
</math> exist.
</dt>
</dl> <br/>
</li>

<li>Show that 
<math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML">
<mi>&Qopf;</mi>
</math> does not have the least upper bound property. <br /><br />
</li>

<li>Show that 
<math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML">
<mi>&Ropf;</mi>
</math> has the least upper bound property. <br /><br />
</li>

<li>Which of 
<math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML">
<msub><mi>&Zopf;</mi><mrow><mo>&gt;</mo><mn>0</mn></mrow></msub>
<mo>,</mo>
<msub><mi>&Zopf;</mi><mrow><mo>&ge;</mo><mn>0</mn></mrow></msub>
<mo>,</mo>
<mi>&Zopf;</mi>
<mo>,</mo>
<mi>&Copf;</mi>
</math> have the least upper bound property? <br /><br />
</li>
 
<li>Which of 
<math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML">
<msub><mi>&Zopf;</mi><mrow><mo>&gt;</mo><mn>0</mn></mrow></msub>
<mo>,</mo>
<msub><mi>&Zopf;</mi><mrow><mo>&ge;</mo><mn>0</mn></mrow></msub>
<mo>,</mo>
<mi>&Zopf;</mi>
<mo>,</mo>
<mi>&Qopf;</mi>
<mo>,</mo>
<mi>&Ropf;</mi>
<mo>,</mo>
<mi>&Copf;</mi>
</math> are well ordered? <br /><br />
</li>
 
<li>Which of 
<math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML">
<msub><mi>&Zopf;</mi><mrow><mo>&gt;</mo><mn>0</mn></mrow></msub>
<mo>,</mo>
<msub><mi>&Zopf;</mi><mrow><mo>&ge;</mo><mn>0</mn></mrow></msub>
<mo>,</mo>
<mi>&Zopf;</mi>
<mo>,</mo>
<mi>&Qopf;</mi>
<mo>,</mo>
<mi>&Ropf;</mi>
<mo>,</mo>
<mi>&Copf;</mi>
</math> are totally ordered? <br /><br />
</li>
 
<li>Which of 
<math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML">
<msub><mi>&Zopf;</mi><mrow><mo>&gt;</mo><mn>0</mn></mrow></msub>
<mo>,</mo>
<msub><mi>&Zopf;</mi><mrow><mo>&ge;</mo><mn>0</mn></mrow></msub>
<mo>,</mo>
<mi>&Zopf;</mi>
<mo>,</mo>
<mi>&Qopf;</mi>
<mo>,</mo>
<mi>&Ropf;</mi>
<mo>,</mo>
<mi>&Copf;</mi>
</math> are lattices? <br /><br />
</li>
 


<li>Let
<math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML">
<mi>S</mi>
</math> be a set.  Show that the set of subsets of 
<math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML">
<mi>S</mi>
</math> is partially ordered by inclusion. <br /><br />
</li>

<li> Define the following and give examples of each:
<dl> 
<dt> (a) &nbsp;
ordered monoid, </dt>
<dt> (a) &nbsp;
ordered group, </dt>
<dt> (a) &nbsp;
ordered ring, </dt>
<dt> (a) &nbsp;
ordered field, </dt>
</dl> <br />
</li>

<li> Let 
<math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML">
<mi>S</mi>
</math> be an ordered field.
Prove the following:
<dl> 
<dt> (a) &nbsp;
If 
<math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML">
<mi>a</mi><mo>&isin;</mo><mi>S</mi>
</math> and
<math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML">
<mi>a</mi><mo>&gt;</mo><mn>0</mn>
</math> then
<math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML">
<mo>-</mo><mi>a</mi><mo>&lt;</mo><mn>0</mn>
</math>.
</dt>
<dt> (b) &nbsp;
If 
<math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML">
<mi>a</mi><mo>&isin;</mo><mi>S</mi>
</math> and
<math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML">
<mi>a</mi><mo>&gt;</mo><mn>0</mn>
</math> then
<math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML">
<msup><mi>a</mi><mn>-1</mn></msup><mo>&gt;</mo><mn>0</mn>
</math>.
</dt>
<dt> (c) &nbsp;
If 
<math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML">
<mi>a</mi><mo>,</mo><mi>b</mi><mo>&isin;</mo><mi>S</mi>
</math>,
<math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML">
<mi>a</mi><mo>&gt;</mo><mn>0</mn>
</math> and
<math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML">
<mi>b</mi><mo>&gt;</mo><mn>0</mn>
</math> then
<math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML">
<mi>a</mi><mi>b</mi><mo>&gt;</mo><mn>0</mn>
</math>.
</dt>
</dl> <br />
</li>

<li>Let
<math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML">
<mi>S</mi>
</math> be an ordered group and let 
<math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML">
<mi>x</mi><mo>&isin;</mo><mi>G</mi>
</math>.  Define the <em>absolute value</em> of 
<math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML">
<mi>x</mi>
</math>.
</li>



</ol>


<h2 class="section"> Orders on 
<math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML">
<mi>&Zopf;</mi><mo>,</mo>
<mi>&Qopf;</mi><mo>,</mo>
<mi>&Ropf;</mi><mo>,</mo>
</math>
and
<math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML">
<mi>&Copf;</mi>
</math>
</h2>

<ol>
<li> Define the order 
<math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML">
<mo>&ge;</mo></math> on 
<math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML">
<msub><mi>&Zopf;</mi><mrow><mo>&gt;</mo><mn>0</mn></mrow></msub>
</math>. <br /><br />
</li>

<li> Define the order 
<math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML">
<mo>&ge;</mo></math> on 
<math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML">
<msub><mi>&Zopf;</mi><mrow><mo>&ge;</mo><mn>0</mn></mrow></msub>
</math>. <br /><br />
</li>

<li> Define the order 
<math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML">
<mo>&ge;</mo></math> on 
<math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML">
<mi>&Zopf;</mi>
</math>. <br /><br />
</li>

<li> Define the order 
<math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML">
<mo>&ge;</mo></math> on 
<math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML">
<mi>&Qopf;</mi>
</math>. <br /><br />
</li>

<li>  Show that
<math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML">
<mfrac><mi>a</mi><mi>b</mi></mfrac>
<mo>&le;</mo>
<mfrac><mi>c</mi><mi>d</mi></mfrac>
</math>
if and only if
<math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML">
<mi>a</mi><mi>b</mi><msup><mi>d</mi><mn>2</mn></msup>
<mo>&le;</mo>
<mi>c</mi><mi>d</mi><msup><mi>b</mi><mn>2</mn></msup>
</math>. <br /><br />
</li>

<li> Define the order 
<math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML">
<mo>&ge;</mo></math> on 
<math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML">
<mi>&Ropf;</mi>
</math>. <br /><br />
</li>

<li> Show that there is no order
<math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML">
<mo>&ge;</mo></math> on 
<math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML">
<mi>&Copf;</mi>
</math> such that
<math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML">
<mi>&Copf;</mi>
</math> is a totally ordered field.
<br /><br />
</li>

<li>  Show that if
<math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML">
<mi>x</mi><mo>,</mo><mi>y</mi><mo>,</mo><mi>z</mi><mo>&isin;</mo>
<mi>&Ropf;</mi>
</math>
and 
<math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML">
<mi>x</mi><mo>&le;</mo><mi>y</mi></math>
and
<math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML">
<mi>y</mi><mo>&le;</mo><mi>z</mi></math>
then
<math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML">
<mi>x</mi><mo>&le;</mo><mi>z</mi></math>.
<br /><br /></li>

<li>  Show that if
<math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML">
<mi>x</mi><mo>,</mo><mi>y</mi><mo>&isin;</mo>
<mi>&Ropf;</mi>
</math>
and 
<math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML">
<mi>x</mi><mo>&le;</mo><mi>y</mi></math>
and
<math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML">
<mi>y</mi><mo>&le;</mo><mi>x</mi></math>
then
<math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML">
<mi>x</mi><mo>=</mo><mi>y</mi></math>.
<br /><br /></li>

<li>  Show that if
<math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML">
<mi>x</mi><mo>,</mo><mi>y</mi><mo>,</mo><mi>z</mi><mo>&isin;</mo>
<mi>&Ropf;</mi>
</math>
and 
<math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML">
<mi>x</mi><mo>&le;</mo><mi>y</mi></math>
then
<math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML">
<mi>x</mi><mo>+</mo><mi>z</mi><mo>&le;</mo>
<mi>y</mi><mo>+</mo><mi>z</mi></math>.
<br /><br /></li>

<li>  Show that if
<math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML">
<mi>x</mi><mo>,</mo><mi>y</mi><mo>&isin;</mo>
<mi>&Ropf;</mi>
</math>
and 
<math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML">
<mi>x</mi><mo>&ge;</mo><mn>0</mn></math>
and
<math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML">
<mi>y</mi><mo>&ge;</mo><mn>0</mn></math>
then
<math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML">
<mi>x</mi><mi>y</mi><mo>&ge;</mo><mn>0</mn></math>.
<br /><br /></li>

<li>  Show that if
<math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML">
<mi>x</mi><mo>&isin;</mo>
<mi>&Ropf;</mi><mo>-</mo><mo>{</mo><mn>0</mn><mo>}</mo>
</math>
then
<math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML">
<msup><mi>x</mi><mn>2</mn></msup><mo>&gt;</mo><mn>0</mn>
</math>. <br /><br />
</li>

<li>  Show that if
<math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML">
<mi>x</mi><mo>,</mo><mi>y</mi><mo>&isin;</mo>
<mi>&Ropf;</mi>
</math>
and 
<math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML">
<mn>0</mn><mo>&lt;</mo><mi>x</mi><mo>&lt;</mo><mi>y</mi>
</math>
then
<math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML">
<msup><mi>y</mi><mn>-1</mn></msup><mo>&lt;</mo>
<msup><mi>x</mi><mn>-1</mn></msup>
</math>. <br /><br />
</li>


<li>  (The Archimedean property of 
<math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML">
<mi>&Ropf;</mi>
</math>)
Show that if
<math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML">
<mi>x</mi><mo>,</mo><mi>y</mi><mo>&isin;</mo>
<mi>&Ropf;</mi>
</math>
and 
<math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML">
<mi>x</mi><mo>&isin;</mo>
<msub><mi>&Ropf;</mi><mrow><mo>&gt;</mo><mn>0</mn></mrow></msub>
</math>
then there exists 
<math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML">
<mi>n</mi><mo>&isin;</mo>
<msub><mi>&Zopf;</mi><mrow><mo>&ge;</mo><mn>0</mn></mrow></msub>
</math>
such that 
<math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML">
<mi>n</mi><mi>x</mi><mo>&gt;</mo><mi>y</mi></math>.
<br /><br /></li>

<li>Show that the Archimedean property is equivalent to 
<math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML">
<msub><mi>&Zopf;</mi><mrow><mo>&gt;</mo><mn>0</mn></mrow></msub>
</math>
is an unbounded subset of 
<math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML">
<mi>&Ropf;</mi>
</math>. <br /><br />
</li>


<li>  (<math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML">
<mi>&Qopf;</mi>
</math> is dense
<math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML">
<mi>&Ropf;</mi>
</math>)
Show that if
<math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML">
<mi>x</mi><mo>,</mo><mi>y</mi><mo>&isin;</mo>
<mi>&Ropf;</mi>
</math>
and 
<math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML">
<mi>x</mi><mo>&lt;</mo><mi>y</mi>
</math>
then there exists 
<math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML">
<mi>p</mi><mo>&isin;</mo>
<mi>&Qopf;</mi>
</math>
such that 
<math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML">
<mi>x</mi><mo>&lt;</mo><mi>p</mi><mo>&lt;</mo><mi>y</mi></math>.
<br /><br /></li>

<li>  (<math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML">
<mi>&Ropf;</mi><mo>-</mo><mi>&Qopf;</mi>
</math> is dense
<math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML">
<mi>&Ropf;</mi>
</math>)
Show that if
<math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML">
<mi>x</mi><mo>,</mo><mi>y</mi><mo>&isin;</mo>
<mi>&Ropf;</mi>
</math>
and 
<math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML">
<mi>x</mi><mo>&lt;</mo><mi>y</mi>
</math>
then there exists 
<math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML">
<mi>p</mi><mo>&isin;</mo>
<mi>&Ropf;</mi><mo>-</mo><mi>&Qopf;</mi>
</math>
such that 
<math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML">
<mi>x</mi><mo>&lt;</mo><mi>p</mi><mo>&lt;</mo><mi>y</mi></math>.
<br /><br /></li>

<li>  If
<math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML">
<mi>x</mi><mo>,</mo><mi>y</mi><mo>&isin;</mo>
<mi>&Ropf;</mi>
</math>
and 
<math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML">
<mi>x</mi><mo>&lt;</mo><mi>y</mi>
</math> show that there exist infinitely many rational numbers
between 
<math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML">
<mi>x</mi>
</math>
and
<math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML">
<mi>y</mi>
</math>
as well as infinitely many irrational numbers.
<br /><br /></li>

<li>  Let
<math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML">
<mi>x</mi><mo>&isin;</mo>
<msub><mi>&Ropf;</mi><mrow><mo>&gt;</mo><mn>0</mn></mrow></msub>
</math> and
<math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML">
<mi>n</mi><mo>&isin;</mo>
<msub><mi>&Zopf;</mi><mrow><mo>&gt;</mo><mn>0</mn></mrow></msub>
</math>.  Then there exists a unique
<math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML">
<mi>y</mi><mo>&isin;</mo>
<msub><mi>&Ropf;</mi><mrow><mo>&gt;</mo><mn>0</mn></mrow></msub>
</math> such that
<math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML">
<msup><mi>y</mi><mi>n</mi></msup><mo>=</mo><mi>x</mi>
</math>. <br /><br />
</li>

<li>Find the minimal
<math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML">
<mi>N</mi><mo>&isin;</mo>
<msub><mi>&Zopf;</mi><mrow><mo>&gt;</mo><mn>0</mn></mrow></msub>
</math> such that
<math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML">
<mi>n</mi><mo>&lt;</mo>
<msup><mn>2</mn><mi>n</mi></msup>
</math> for all 
<math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML">
<mi>n</mi><mo>&ge;</mo><mi>N</mi>
</math>. <br /><br />
</li>

<li>Find the minimal
<math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML">
<mi>N</mi><mo>&isin;</mo>
<msub><mi>&Zopf;</mi><mrow><mo>&gt;</mo><mn>0</mn></mrow></msub>
</math> such that
<math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML">
<mi>n</mi><mo>!</mo><mo>&gt;</mo>
<msup><mn>2</mn><mi>n</mi></msup>
</math> for all 
<math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML">
<mi>n</mi><mo>&ge;</mo><mi>N</mi>
</math>. <br /><br />
</li>

<li>Find the minimal
<math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML">
<mi>N</mi><mo>&isin;</mo>
<msub><mi>&Zopf;</mi><mrow><mo>&gt;</mo><mn>0</mn></mrow></msub>
</math> such that
<math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML">
<msup><mn>2</mn><mi>n</mi></msup>
<mo>&gt;</mo>
<mn>2</mn><msup><mi>n</mi><mn>3</mn></msup>
</math> for all 
<math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML">
<mi>n</mi><mo>&ge;</mo><mi>N</mi>
</math>. <br /><br />
</li>


<li> For each of the following subsets of 
<math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML">
<mi>&Ropf;</mi>
</math> find the maximum, the minimum, an upper bound, a lower bound, the supremum, and the infimum:

<dl> 
<dt> (a) &nbsp;
<math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML">
<mi>A</mi><mo>=</mo><mo>{</mo>
<mi>p</mi><mo>&isin;</mo><mi>&Qopf;</mi>
<mo>&vert;</mo> <msup><mi>p</mi><mn>2</mn></msup>
<mo>&lt;</mo><mn>2</mn> <mo>}</mo>
</math>,
</dt>
<dt> (b) &nbsp;
<math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML">
<mi>B</mi><mo>=</mo><mo>{</mo>
<mi>p</mi><mo>&isin;</mo><mi>&Qopf;</mi>
<mo>&vert;</mo> <msup><mi>p</mi><mn>2</mn></msup>
<mo>&gt;</mo><mn>2</mn> <mo>}</mo>
</math>,
</dt>
<dt> (c) &nbsp;
<math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML">
<msub><mi>E</mi><mn>1</mn></msub><mo>=</mo><mo>{</mo>
<mi>r</mi><mo>&isin;</mo><mi>&Qopf;</mi>
<mo>&vert;</mo> <mi>r</mi>
<mo>&lt;</mo><mn>0</mn> <mo>}</mo>
</math>,
</dt>
<dt> (d) &nbsp;
<math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML">
<msub><mi>E</mi><mn>2</mn></msub><mo>=</mo><mo>{</mo>
<mi>r</mi><mo>&isin;</mo><mi>&Qopf;</mi>
<mo>&vert;</mo> <mi>r</mi>
<mo>&le;</mo><mn>0</mn> <mo>}</mo>
</math>,
</dt>
<dt> (e) &nbsp;
<math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML">
<mi>E</mi><mo>=</mo><mo>{</mo>
<mfrac><mn>1</mn><mi>n</mi></mfrac>
<mo>&vert;</mo>
<mi>n</mi><mo>&isin;</mo>
<msub><mi>&Zopf;</mi><mrow><mo>&gt;</mo><mn>0</mn></mrow></msub>
<mo>}</mo>
</math>,
</dt>
<dt> (f) &nbsp;
<math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML">
<mo>[</mo><mn>0</mn><mo>,</mo><mn>1</mn><mo>)</mo>
</math>,
</dt>
<dt> (g) &nbsp;
<math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML">
<msub><mi>&Zopf;</mi><mrow><mo>&gt;</mo><mn>0</mn></mrow></msub>
</math>,
</dt>
<dt> (h) &nbsp;
<math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML">
<mo>{</mo>
<mi>x</mi><mo>&isin;</mo><mi>&Qopf;</mi>
<mo>&vert;</mo>
<mi>x</mi><mo>&le;</mo><mn>0</mn>
<mi>&thinsp;</mi><mtext>or</mtext><mi>&thinsp;</mi> 
<mo>(</mo><mi>x</mi><mo>&gt;</mo><mn>0</mn>
<mi>&thinsp;</mi><mtext>and</mtext><mi>&thinsp;</mi>
<msup><mi>x</mi><mn>2</mn></msup><mo>&gt;</mo><mn>2</mn>
<mo>)</mo><mo>}</mo>
</math>,
</dt>
<dt> (i) &nbsp;
<math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML">
<mi>&Zopf;</mi>
</math>,
</dt>
<dt> (j) &nbsp;
<math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML">
<mo>[</mo>
<msqrt><mn>2</mn></msqrt><mo>,</mo><mn>2</mn><mo>]</mo>
</math>,
</dt>
<dt> (k) &nbsp;
<math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML">
<mo>(</mo>
<msqrt><mn>2</mn></msqrt><mo>,</mo><mn>2</mn><mo>)</mo>
</math>,
</dt>
<dt> (l) &nbsp;
<math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML">
<mo>{</mo>
<mi>x</mi><mo>&isin;</mo><mi>&Ropf;</mi>
<mo>&vert;</mo>
<mi>x</mi><mo>=</mo>
<mfrac>
<mrow> <msup><mrow><mo>(</mo><mn>-1</mn><mo>)</mo></mrow><mi>n</mi></msup> </mrow>
<mi>n</mi></mfrac>,
<mi>&thinsp;</mi>
<mi>n</mi><mo>&isin;</mo>
<msub><mi>&Zopf;</mi><mrow><mo>&gt;</mo><mn>0</mn></mrow></msub>
<mo>}</mo>
</math>,
</dt>
<dt> (m) &nbsp;
<math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML">
<mrow>
<mo>{</mo>
<mfrac><mn>1</mn>
<mrow>
<msup><mrow>
<mo>(</mo><mo>&vert;</mo><mi>n</mi><mo>&vert;</mo><mo>+</mo><mn>1</mn><mo>)</mo></mrow>
<mn>2</mn></msup></mrow>
</mfrac>
<mo>&vert;</mo>
<mi>n</mi><mo>&isin;</mo>
<mi>&Zopf;</mi>
<mo>}</mo></mrow>
</math>,
</dt>
<dt> (n) &nbsp;
<math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML">
<mrow><mo>{</mo>
<mi>n</mi><mo>+</mo><mfrac><mn>1</mn><mi>n</mi></mfrac>
<mo>&vert;</mo>
<mi>n</mi><mo>&isin;</mo>
<msub><mi>&Zopf;</mi><mrow><mo>&gt;</mo><mn>0</mn></mrow></msub>
<mo>}</mo></mrow>
</math>,
</dt>
<dt> (o) &nbsp;
<math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML">
<mrow><mo>{</mo>
<msup><mn>2</mn><mrow><mo>-</mo><mi>m</mi></mrow></msup>
<mo>-</mo>
<msup><mn>3</mn><mi>n</mi></msup>
<mo>&vert;</mo>
<mi>m</mi><mo>,</mo><mi>n</mi><mo>&isin;</mo>
<msub><mi>&Zopf;</mi><mrow><mo>&ge;</mo><mn>0</mn></mrow></msub>
<mo>}</mo></mrow>
</math>,
</dt>
<dt> (p) &nbsp;
<math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML">
<mo>{</mo>
<mi>x</mi><mo>&isin;</mo><mi>&Ropf;</mi>
<mo>&vert;</mo>
<msup><mi>x</mi><mn>3</mn></msup>
<mo>-</mo><mn>4</mn><mi>x</mi>
<mo>&lt;</mo><mn>0</mn>
<mo>}</mo>
</math>,
</dt>
<dt> (q) &nbsp;
<math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML">
<mo>{</mo>
<mn>1</mn><mo>+</mo><msup><mi>x</mi><mn>2</mn></msup>
<mo>&vert;</mo>
<mi>x</mi><mo>&isin;</mo><mi>&Ropf;</mi>
<mo>}</mo>
</math>,
</dt>


</dl><br />
</li>

<li> Let
<math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML">
<mi>S</mi>
</math> be a nonempty subset of 
<math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML">
<mi>&Ropf;</mi>
</math>.  Show that 
<math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML">
<mi>x</mi><mo>=</mo><mi>sup</mi><mi>S</mi>
</math> if and only if
<dl>
<dt> (a) &nbsp;
<math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML">
<mi>x</mi>
</math> is an upper bound of 
<math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML">
<mi>S</mi>
</math>, and
</dt>
<dt> (b) &nbsp;
for every
<math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML">
<mi>&epsilon;</mi><mo>&isin;</mo>
<msub><mi>&Ropf;</mi><mrow><mo>&gt;</mo><mn>0</mn></mrow></msub>
</math>
there exists
<math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML">
<mi>y</mi><mo>&isin;</mo>
<mi>S</mi>
</math>  such that
<math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML">
<mi>x</mi><mo>-</mo><mi>&epsilon;</mi>
<mo>&lt;</mo> <mi>y</mi><mo>&le;</mo><mi>x</mi>
</math>.
</dt></dl><br />
</li>

<li> State and prove a characterization of 
<math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML">
<mi>inf</mi><mi>S</mi>
</math> analogous to the characterization of 
<math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML">
<mi>sup</mi><mi>S</mi>
</math>
in the previous problem. <br /><br />
</li>


<li> Let
<math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML">
<mi>c</mi><mo>&isin;</mo><mi>&Ropf;</mi>
</math> and let
<math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML">
<mi>S</mi>
</math> be a subset of 
<math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML">
<mi>&Ropf;</mi>
</math>.  Show that if
<math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML">
<mi>S</mi>
</math> 
is bounded then
<math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML">
<mi>c</mi><mo>+</mo><mi>S</mi>
<mo>=</mo><mo>{</mo><mi>c</mi><mo>+</mo><mi>s</mi>
<mtext><mi>&thinsp;</mi></mtext><mo>&vert;</mo><mtext><mi>&thinsp;</mi></mtext>
<mi>s</mi><mo>&isin;</mo><mi>&Ropf;</mi>
<mo>}</mo>
</math> is bounded. <br /><br />
</li>

<li> Let
<math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML">
<mi>c</mi><mo>&isin;</mo><mi>&Ropf;</mi>
</math> and let
<math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML">
<mi>S</mi>
</math> be a subset of 
<math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML">
<mi>&Ropf;</mi>
</math>.  Show that if
<math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML">
<mi>S</mi>
</math> 
is bounded then
<math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML">
<mi>c</mi><mi>S</mi>
<mo>=</mo><mo>{</mo><mi>c</mi><mi>s</mi>
<mtext><mi>&thinsp;</mi></mtext><mo>&vert;</mo><mtext><mi>&thinsp;</mi></mtext>
<mi>s</mi><mo>&isin;</mo><mi>&Ropf;</mi>
<mo>}</mo>
</math> is bounded. <br /><br />
</li>

<li> Let
<math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML">
<mi>c</mi><mo>&isin;</mo><mi>&Ropf;</mi>
</math> and let
<math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML">
<mi>S</mi>
</math> be a subset of 
<math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML">
<mi>&Ropf;</mi>
</math>.  Show that 
<math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML">
<mi>sup</mi><mo>(</mo><mi>c</mi><mo>+</mo><mi>S</mi><mo>)</mo>
<mo>=</mo>
<mi>c</mi><mo>+</mo><mi>sup</mi><mi>S</mi>
</math>. <br /><br />
</li>

<li> Let
<math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML">
<mi>c</mi><mo>&isin;</mo>
<msub><mi>&Ropf;</mi>
<mrow><mo>&ge;</mo><mn>0</mn></mrow></msub>
</math> and let
<math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML">
<mi>S</mi>
</math> be a subset of 
<math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML">
<mi>&Ropf;</mi>
</math>.  Show that 
<math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML">
<mi>sup</mi><mo>(</mo><mi>c</mi><mi>S</mi><mo>)</mo>
<mo>=</mo>
<mi>c</mi><mi>sup</mi><mi>S</mi>
</math>. <br /><br />
</li>

<li> Let
<math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML">
<mi>c</mi><mo>&isin;</mo><mi>&Ropf;</mi>
</math> and let
<math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML">
<mi>S</mi>
</math> be a subset of 
<math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML">
<mi>&Ropf;</mi>
</math>.  Show that 
<math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML">
<mi>inf</mi><mo>(</mo><mi>c</mi><mo>+</mo><mi>S</mi><mo>)</mo>
<mo>=</mo>
<mi>c</mi><mo>+</mo><mi>inf</mi><mi>S</mi>
</math>. <br /><br />
</li>

<li> Let
<math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML">
<mi>c</mi><mo>&isin;</mo>
<msub><mi>&Ropf;</mi>
<mrow><mo>&le;</mo><mn>0</mn></mrow></msub>
</math> and let
<math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML">
<mi>S</mi>
</math> be a subset of 
<math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML">
<mi>&Ropf;</mi>
</math>.  Show that 
<math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML">
<mi>inf</mi><mo>(</mo><mi>c</mi><mi>S</mi><mo>)</mo>
<mo>=</mo>
<mi>c</mi><mi>inf</mi><mi>S</mi>
</math>. <br /><br />
</li>


</ol>


<h2 class="section"> Absolute value </h2>

<ol>
<li> Let
<math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML">
<mi>x</mi><mo>&isin;</mo><mi>&Ropf;</mi>
</math>.  Define
<math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML">
<mo>&vert;</mo><mi>x</mi><mo>&vert;</mo>
</math>. <br /><br />
</li>

<li> Let
<math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML">
<mi>x</mi><mo>&isin;</mo><mi>&Copf;</mi>
</math>.  Define
<math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML">
<mo>&vert;</mo><mi>x</mi><mo>&vert;</mo>
</math>. <br /><br />
</li>

<li> Let
<math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML">
<mi>x</mi><mo>&isin;</mo><mi>&Ropf;</mi>
</math>.  Show that
<math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML">
<mo>&vert;</mo><mi>x</mi><mo>&vert;</mo>
<mo>=</mo>
<mo>&vert;</mo><mi>x</mi><mo>+</mo><mn>0</mn><mi>i</mi><mo>&vert;</mo>
</math>. <br /><br />
</li>

<li> Let
<math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML">
<mi>x</mi><mo>&isin;</mo><mi>&Ropf;</mi>
</math>.  Show that 
<math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML">
<mo>&vert;</mo><mo>-</mo><mi>x</mi><mo>&vert;</mo>
<mo>=</mo><mo>&vert;</mo><mi>x</mi><mo>&vert;</mo>
</math>. <br /><br />
</li>

<li> Let
<math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML">
<mi>x</mi><mo>,</mo><mi>y</mi><mo>&isin;</mo><mi>&Ropf;</mi>
</math>.  Show that 
<math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML">
<mo>&vert;</mo><mi>x</mi><mo>+</mo><mi>y</mi><mo>&vert;</mo>
<mo>&le;</mo>
<mo>&vert;</mo><mi>x</mi><mo>&vert;</mo>
<mo>+</mo>
<mo>&vert;</mo><mi>y</mi><mo>&vert;</mo>
</math>. <br /><br />
</li>

<li> Let
<math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML">
<mi>x</mi><mo>,</mo><mi>y</mi><mo>&isin;</mo><mi>&Copf;</mi>
</math>.  Show that 
<math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML">
<mo>&vert;</mo><mi>x</mi><mo>+</mo><mi>y</mi><mo>&vert;</mo>
<mo>&le;</mo>
<mo>&vert;</mo><mi>x</mi><mo>&vert;</mo>
<mo>+</mo>
<mo>&vert;</mo><mi>y</mi><mo>&vert;</mo>
</math>. <br /><br />
</li>

<li> Let
<math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML">
<mi>x</mi><mo>,</mo><mi>y</mi><mo>,</mo><mi>z</mi><mo>&isin;</mo><mi>&Ropf;</mi>
</math>.  Show that 
<math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML">
<mo>&vert;</mo><mi>x</mi><mo>+</mo><mi>y</mi><mo>+</mo><mi>z</mi><mo>&vert;</mo>
<mo>&le;</mo>
<mo>&vert;</mo><mi>x</mi><mo>&vert;</mo>
<mo>+</mo>
<mo>&vert;</mo><mi>y</mi><mo>&vert;</mo>
<mo>+</mo>
<mo>&vert;</mo><mi>z</mi><mo>&vert;</mo>
</math>. <br /><br />
</li>

<li> Let
<math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML">
<mi>x</mi><mo>,</mo><mi>y</mi><mo>,</mo><mi>z</mi><mo>&isin;</mo><mi>&Copf;</mi>
</math>.  Show that 
<math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML">
<mo>&vert;</mo><mi>x</mi><mo>+</mo><mi>y</mi><mo>+</mo><mi>z</mi><mo>&vert;</mo>
<mo>&le;</mo>
<mo>&vert;</mo><mi>x</mi><mo>&vert;</mo>
<mo>+</mo>
<mo>&vert;</mo><mi>y</mi><mo>&vert;</mo>
<mo>+</mo>
<mo>&vert;</mo><mi>z</mi><mo>&vert;</mo>
</math>. <br /><br />
</li>

<li> Let
<math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML">
<mi>x</mi><mo>,</mo><mi>y</mi><mo>&isin;</mo><mi>&Copf;</mi>
</math>.  Show that 
<math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML">
<msup>
<mrow><mo>&vert;</mo><mi>x</mi><mo>+</mo><mi>y</mi><mo>&vert;</mo></mrow>
<mn>2</mn></msup>
<mo>+</mo>
<msup>
<mrow><mo>&vert;</mo><mi>x</mi><mo>-</mo><mi>y</mi><mo>&vert;</mo></mrow>
<mn>2</mn></msup>
<mo>=</mo>
<mn>2</mn><mo>(</mo>
<msup><mrow><mo>&vert;</mo><mi>x</mi><mo>&vert;</mo></mrow><mn>2</mn></msup>
<mo>+</mo>
<msup><mrow><mo>&vert;</mo><mi>y</mi><mo>&vert;</mo></mrow><mn>2</mn></msup>
<mo>)</mo>
</math>. <br /><br />
</li>

<li> Let
<math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML">
<mi>x</mi><mo>,</mo><mi>y</mi><mo>&isin;</mo><mi>&Copf;</mi>
</math>.  Show that 
<math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML">
<msup>
<mrow><mo>&vert;</mo><mi>x</mi><mo>+</mo><mi>y</mi><mo>&vert;</mo></mrow>
<mn>2</mn></msup>
<mo>=</mo>
<msup><mrow><mo>&vert;</mo><mi>x</mi><mo>&vert;</mo></mrow><mn>2</mn></msup>
<mo>+</mo>
<msup><mrow><mo>&vert;</mo><mi>y</mi><mo>&vert;</mo></mrow><mn>2</mn></msup>
<mo>+</mo>
<mn>2</mn><mi>Re</mi><mo>(</mo><mi>a</mi><mover><mi>b</mi><mi>&OverBar;</mi></mover><mo>)</mo>
</math>. <br /><br />
</li>

<li> Let
<math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML">
<mi>x</mi><mo>,</mo><mi>y</mi><mo>&isin;</mo><mi>&Ropf;</mi>
</math>.  Show that 
<math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML">
<mo>&vert;</mo><mi>x</mi><mo>+</mo><mi>y</mi><mo>&vert;</mo>
<mo>&ge;</mo><mo>&vert;</mo><mtext><mi>&thinsp;</mi></mtext>
<mo>&vert;</mo><mi>x</mi><mo>&vert;</mo>
<mo>-</mo>
<mo>&vert;</mo><mi>y</mi><mo>&vert;</mo><mtext><mi>&thinsp;</mi></mtext><mo>&vert;</mo>
</math>. <br /><br />
</li>

<li> Let
<math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML">
<mi>x</mi><mo>,</mo><mi>y</mi><mo>&isin;</mo><mi>&Ropf;</mi>
</math>.  Show that 
<math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML">
<mo>&vert;</mo><mi>x</mi><mo>-</mo><mi>y</mi><mo>&vert;</mo>
<mo>&ge;</mo><mo>&vert;</mo><mtext><mi>&thinsp;</mi></mtext>
<mo>&vert;</mo><mi>x</mi><mo>&vert;</mo>
<mo>-</mo>
<mo>&vert;</mo><mi>y</mi><mo>&vert;</mo><mtext><mi>&thinsp;</mi></mtext><mo>&vert;</mo>
</math>. <br /><br />
</li>

<li> Let
<math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML">
<mi>x</mi><mo>,</mo><mi>y</mi><mo>,</mo><mi>z</mi><mo>&isin;</mo><mi>&Ropf;</mi>
</math>.  Show that 
<math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML">
<mo>&vert;</mo><mi>x</mi><mo>+</mo><mi>y</mi><mo>+</mo><mi>z</mi><mo>&vert;</mo>
<mo>&ge;</mo><mo>&vert;</mo><mtext><mi>&thinsp;</mi></mtext>
<mo>&vert;</mo><mi>x</mi><mo>&vert;</mo>
<mo>-</mo>
<mo>&vert;</mo><mi>y</mi><mo>&vert;</mo>
<mo>-</mo>
<mo>&vert;</mo><mi>z</mi><mo>&vert;</mo>
<mtext><mi>&thinsp;</mi></mtext><mo>&vert;</mo>
</math>. <br /><br />
</li>

<li> Give solutions to the following inequalities in terms of intervals: <br />
<dl> 
<dt> (a) &nbsp;
<math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML">
<mo>&vert;</mo><mi>x</mi><mo>&vert;</mo>
<mo>&gt;</mo><mn>3</mn></math>.
</dt>

<dt> (b) &nbsp;
<math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML">
<mo>&vert;</mo><mn>1</mn><mo>+</mo><mn>2</mn><mi>x</mi><mo>&vert;</mo>
<mo>&le;</mo><mn>4</mn></math>.
</dt>

<dt> (c) &nbsp;
<math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML">
<mo>&vert;</mo><mi>x</mi><mo>+</mo><mn>2</mn><mo>&vert;</mo>
<mo>&ge;</mo><mn>5</mn></math>.
</dt>

<dt> (d) &nbsp;
<math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML">
<mo>&vert;</mo><mi>x</mi><mo>-</mo><mn>5</mn><mo>&vert;</mo>
<mo>&lt;</mo>
<mo>&vert;</mo><mi>x</mi><mo>+</mo><mn>1</mn><mo>&vert;</mo>
</math>.
</dt>

<dt> (e) &nbsp;
<math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML">
<mo>&vert;</mo><mi>x</mi><mo>-</mo><mn>2</mn><mo>&vert;</mo>
<mo>&lt;</mo><mn>3</mn>
</math>
or 
<math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML">
<mo>&vert;</mo><mi>x</mi><mo>+</mo><mn>1</mn><mo>&vert;</mo>
<mo>&lt;</mo><mn>1</mn>
</math>.
</dt>

<dt> (f) &nbsp;
<math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML">
<mo>&vert;</mo><mi>x</mi><mo>-</mo><mn>2</mn><mo>&vert;</mo>
<mo>&lt;</mo><mn>3</mn>
</math>
and
<math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML">
<mo>&vert;</mo><mi>x</mi><mo>+</mo><mn>1</mn><mo>&vert;</mo>
<mo>&lt;</mo><mn>1</mn>
</math>.
</dt>

</dl><br />
</li>

<li>  Let
<math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML">
<mi>a</mi><mo>,</mo><mi>b</mi><mo>&isin;</mo>
<mi>&Ropf;</mi>
</math>
and let 
<math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML">
<mn>0</mn><mo>&lt;</mo><mi>&epsilon;</mi>
<mo>&lt;</mo><mo>&vert;</mo><mi>b</mi><mo>&vert;</mo>
</math>. Show that
<math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML">
<mstyle displaystyle="true">
<mrow>
<mo>&vert;</mo>
<mfrac>
<mrow><mi>a</mi><mo>+</mo><mi>&epsilon;</mi></mrow>
<mrow><mi>b</mi><mo>+</mo><mi>&epsilon;</mi></mrow>
</mfrac>
<mo>&vert;</mo>
<mo>&le;</mo>
<mfrac>
<mrow><mo>&vert;</mo><mi>a</mi><mo>&vert;</mo><mo>+</mo><mi>&epsilon;</mi></mrow>
<mrow><mo>&vert;</mo><mi>b</mi><mo>&vert;</mo><mo>+</mo><mi>&epsilon;</mi></mrow>
</mfrac>
</mrow>
</mstyle>
</math>. <br />
</li>

<li> Prove that if
<math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML">
<msub><mi>a</mi><mn>1</mn></msub><mo>,</mo>
<msub><mi>a</mi><mn>2</mn></msub><mo>,</mo>
<mi>&hellip;</mi><mo>,</mo>
<msub><mi>a</mi><mi>n</mi></msub>
<mo>&isin;</mo><mi>&Ropf;</mi>
</math>
then
<math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML">
<mstyle displaystyle="true">
<mrow><mo>&vert;</mo>
<munderover><mo>&sum;</mo><mrow><mi>k</mi><mo>=</mo><mn>1</mn></mrow>
<mi>n</mi></munderover>
<msub><mi>a</mi><mi>k</mi></msub>
<mo>&vert;</mo>
</mrow></mstyle>
<mo>&le;</mo>
<mstyle displaystyle="true">
<munderover><mo>&sum;</mo><mrow><mi>k</mi><mo>=</mo><mn>1</mn></mrow>
<mi>n</mi></munderover>
<mo>&vert;</mo>
<msub><mi>a</mi><mi>k</mi></msub>
<mo>&vert;</mo>
</mstyle>
</math>. <br /><br />
</li>

<li> Prove that if
<math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML">
<msub><mi>a</mi><mn>1</mn></msub><mo>,</mo>
<msub><mi>a</mi><mn>2</mn></msub><mo>,</mo>
<mi>&hellip;</mi><mo>,</mo>
<msub><mi>a</mi><mi>n</mi></msub>
<mo>&isin;</mo><mi>&Ropf;</mi>
</math>
then
<math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML">
<mstyle displaystyle="true">
<mrow><mo>&vert;</mo>
<munderover><mo>&sum;</mo><mrow><mi>k</mi><mo>=</mo><mn>1</mn></mrow>
<mi>n</mi></munderover>
<msub><mi>a</mi><mi>k</mi></msub>
<mo>&vert;</mo>
</mrow></mstyle>
<mo>&ge;</mo>
<mo>&vert;</mo><msub><mi>a</mi><mi>p</mi></msub><mo>&vert;</mo>
<mo>-</mo>
<mstyle displaystyle="true">
<munderover><mo>&sum;</mo><mrow><mi>k</mi><mo>=</mo><mn>1</mn>
<mo>,</mo><mi>k</mi><mo>&ne;</mo><mi>p</mi></mrow>
<mi>n</mi></munderover>
<mo>&vert;</mo>
<msub><mi>a</mi><mi>k</mi></msub>
<mo>&vert;</mo>
</mstyle>
</math>. <br /><br />
</li>



</ol>

<h2 class="section"> Inequalities </h2>

<ol>


<li>  (Bernoulli's inequality) Prove that if
<math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML">
<mi>a</mi><mo>&isin;</mo>
<mi>&Ropf;</mi>
</math>
and
<math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML">
<mi>a</mi><mo>&gt;</mo><mn>-1</mn>
</math>
then
<math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML">
<msup><mrow><mo>(</mo><mn>1</mn><mo>+</mo><mi>a</mi><mo>)</mo></mrow>
<mi>n</mi></msup>
<mo>&ge;</mo>
<mn>1</mn><mo>+</mo><mi>n</mi><mi>a</mi>
</math> for 
<math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML">
<mi>n</mi><mo>&isin;</mo>
<msub><mi>&Zopf;</mi><mrow><mo>&gt;</mo><mn>0</mn></mrow></msub>
</math>. <br /><br/>
</li>

<li>  Prove that if
<math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML">
<mi>x</mi><mo>&isin;</mo>
<mi>&Ropf;</mi>
</math>
then
<math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML">
<mn>1</mn><mo>+</mo><mi>x</mi>
<mo>&le;</mo>
<msup><mi>e</mi><mi>x</mi></msup>
</math>. <br /><br/>
</li>

<li>  Prove that if
<math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML">
<mi>x</mi><mo>&isin;</mo>
<msub><mi>&Ropf;</mi><mrow><mo>&gt;</mo><mn>0</mn></mrow></msub>
</math>
then
<math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML">
<mi>log</mi><mi>x</mi><mo>&ge;</mo>
<mstyle scriptlevel="-1">
<mfrac>
<mrow><mi>x</mi><mo>-</mo><mn>1</mn></mrow>
<mi>x</mi></mfrac>
</mstyle>
</math>. <br /><br/>
</li>

<li>  Prove that if
<math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML">
<mi>x</mi><mo>,</mo><mi>y</mi><mo>&isin;</mo>
<msub><mi>&Ropf;</mi><mrow><mo>&ge;</mo><mn>0</mn></mrow></msub>
</math> and 
<math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML">
<mi>p</mi><mo>&isin;</mo><mi>&Ropf;</mi>
</math> with 
<math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML">
<mn>0</mn><mo>&lt;</mo><mi>p</mi><mo>&lt;</mo><mn>1</mn>
</math>
then
<math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML">
<msup>
<mrow><mo>(</mo><mi>x</mi><mo>+</mo><mi>y</mi><mo>)</mo></mrow>
<mi>p</mi></msup>
<mo>&le;</mo>
<msup><mi>x</mi><mi>p</mi></msup><mo>+</mo>
<msup><mi>y</mi><mi>p</mi></msup>
</math>. <br /><br/>
</li>

<li>  (Jensen's inequality)  Let
<math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML">
<mi>I</mi>
</math>
be an interval in 
<math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML">
<mi>&Ropf;</mi>
</math> and let
<math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML">
<mi>f</mi><mo>&colon;</mo><mi>I</mi><mo>&rarr;</mo><mi>&Ropf;</mi>
</math> be a convex function.
If
<math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML">
<msub><mi>x</mi><mn>1</mn></msub><mo>,</mo>
<mo>&hellip;</mo><mo>,</mo>
<msub><mi>x</mi><mi>n</mi></msub>
<mo>&isin;</mo><mi>&Ropf;</mi>
</math> and 
<math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML">
<msub><mi>t</mi><mn>1</mn></msub><mo>,</mo>
<mo>&hellip;</mo><mo>,</mo>
<msub><mi>t</mi><mi>n</mi></msub>
<mo>&isin;</mo><mo>[</mo><mn>0</mn><mo>,</mo><mn>1</mn><mo>]</mo>
</math> with
<math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML">
<msub><mi>t</mi><mn>1</mn></msub><mo>+</mo>
<mo>&ctdot;</mo><mo>+</mo>
<msub><mi>t</mi><mi>n</mi></msub>
<mo>=</mo><mn>1</mn>
</math>, then
<math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML">
<mi>f</mi><mo>(</mo><msub><mi>t</mi><mn>1</mn></msub><msub>
<mi>x</mi><mn>1</mn></msub><mo>+</mo>
<mo>&ctdot;</mo><mo>+</mo>
<msub><mi>t</mi><mi>n</mi></msub><msub><mi>x</mi><mi>n</mi></msub><mo>)</mo>
<mo>&le;</mo>
<msub><mi>t</mi><mn>1</mn></msub>
<mi>f</mi><mo>(</mo><msub><mi>x</mi><mn>1</mn></msub><mo>)</mo>
<mo>+</mo>
<mo>&ctdot;</mo><mo>+</mo>
<msub><mi>t</mi><mi>n</mi></msub>
<mi>f</mi><mo>(</mo><msub><mi>x</mi><mi>n</mi></msub><mo>)</mo>
</math>.
</li>

<li>  If
<math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML">
<msub><mi>x</mi><mn>1</mn></msub><mo>,</mo>
<mo>&hellip;</mo><mo>,</mo>
<msub><mi>x</mi><mi>n</mi></msub>
<mo>&isin;</mo>
<msub><mi>&Ropf;</mi><mrow><mo>&ge;</mo><mn>0</mn></mrow></msub>
</math> and 
<math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML">
<msub><mi>t</mi><mn>1</mn></msub><mo>,</mo>
<mo>&hellip;</mo><mo>,</mo>
<msub><mi>t</mi><mi>n</mi></msub>
<mo>&isin;</mo>
<msub><mi>&Ropf;</mi><mrow><mo>&ge;</mo><mn>0</mn></mrow></msub>
</math> with
<math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML">
<msub><mi>t</mi><mn>1</mn></msub><mo>+</mo>
<mo>&ctdot;</mo><mo>+</mo>
<msub><mi>t</mi><mi>n</mi></msub>
<mo>=</mo><mn>1</mn>
</math>, then
<math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML">
<msub><mi>t</mi><mn>1</mn></msub><msub>
<mi>x</mi><mn>1</mn></msub><mo>+</mo>
<mo>&ctdot;</mo><mo>+</mo>
<msub><mi>t</mi><mi>n</mi></msub><msub><mi>x</mi><mi>n</mi></msub>
<mo>&ge;</mo>
<msup>
<msub><mi>x</mi><mn>1</mn></msub>
<msub><mi>t</mi><mn>1</mn></msub>
</msup>
<mo>&ctdot;</mo>
<msup>
<msub><mi>x</mi><mi>n</mi></msub>
<msub><mi>t</mi><mi>n</mi></msub>
</msup>
</math>.
</li>

</ol>









</body>
</html>
