10 Capítulo 1. Preliminares y <strong>de</strong> allí que lim n→∞ | xk 1 − x k 2 |= 0. Por otra parte, a partir <strong>de</strong> se obtiene que | | x ∗ 1 − x ∗ 2 | − | x k 1 − x k 2 | | ≤| (x ∗ 1 − x k 1) − (x ∗ 2 − x k 2) |, | x ∗ 1 − x ∗ 2 |= lim k→∞ | xk 1 − x k 2 |= 0. Luego, x ∗ 1 = x∗ 2 . Ahora, al ser f localmente Lipschitz, existe un entorno V ∗ <strong>de</strong>l punto (t ∗ , x ∗ 1 ) ∈ A y una constante K∗ ≡ K(V ∗ ) > 0, tal que | f(t, x 1 ) − f(t, x 2 ) |≤ K ∗ | x 1 − x 2 | , ∀(t, x i ) ∈ V ∗ , i = 1, 2. Por lo tanto, <strong>de</strong>bido a que (t k , x k i ) → (t∗ , x ∗ i ), existe N > 0, tal que (t k, x k i ) ∈ V ∗ para k ≥ N, i = 1, 2 y a<strong>de</strong>más lo que contradice la <strong>de</strong>sigualdad (1.1). | f(t k , x k 1) − f(t k , x k 2) |≤ K ∗ | x k 1 − x k 2 |, § 1.3 Desigualda<strong>de</strong>s Integrales En esta sección daremos algunos resultados sobre <strong>de</strong>sigualda<strong>de</strong>s integrales, los cuales utilizaremos para estimar el crecimiento <strong>de</strong> las soluciones <strong>de</strong> ecuaciones diferenciales. Primero <strong>de</strong>mostraremos una <strong>de</strong>sigualdad integral bastante general y a partir <strong>de</strong> ella obtendremos la <strong>de</strong>sigualdad <strong>de</strong> Gronwall. Lema 1.8 Consi<strong>de</strong>remos u, α ∈ C[IR, IR] y β ∈ L 1 loc [IR, IR+ ]. Si α es a<strong>de</strong>más una función creciente y ∫ t u(t) ≤ α(t) + β(s)u(s)ds, ∀t ≥ t 0 , (1.2) t 0 entonces (∫ t ) u(t) ≤ α(t)exp β(s)ds , ∀t ≥ t 0 . (1.3) t 0 Demostración. Sea τ ∈ [t 0 , t]. Por ser α(t) creciente, se tiene que ∫ τ u(τ) ≤ α(t) + β(s)u(s)ds. (1.4) t 0 Definamos R(τ) := α(t) + ∫ τ t 0 β(s)u(s)ds y observemos que βu ∈ L 1 [t 0 , t]. Entonces R ′ (τ) = β(τ)u(τ), casi siempre sobre [t 0 , t]. Multiplicando en(1.4) por β(τ), obtenemos que R ′ (τ) ≤ β(τ)R(τ), casi siempre sobre [t 0 , t].
§ 1.3. Desigualda<strong>de</strong>s Integrales 11 Reescribiendo la <strong>de</strong>sigualdad anterior e integrando entre t 0 y t obtenemos que {∫ t } R(t) ≤ R(t 0 )exp β(s)ds . (1.5) t 0 Luego, por la <strong>de</strong>finición <strong>de</strong> R(t) y por (1.4) obtenemos (1.3). Lema 1.9 (Desigualdad <strong>de</strong> Gronwall) Supongamos que u , β ∈ sea c una constante no negativa. La <strong>de</strong>sigualdad C[IR, IR + ] y implica que ∫ t u(t) ≤ c + β(s)u(s)ds, t 0 t ≥ t 0 , {∫ t } u(t) ≤ c exp β(s)ds t 0 t ≥ t 0 . Obsérvese que el lema <strong>de</strong> Gronwall es una consecuencia inmediata <strong>de</strong>l lema 1.8, eligiendo α(t) = c, ∀t ∈ IR.