Demostramos una condición suficiente para la cual ciertas sucesiones en norma son eventualmente constante en un anillo unitario con norma no arquimediana.
Enunciado
Sea $R$ anillo unitario con una norma no arquimediana $\left\|\;\right\|$. Sea $(a_n)$ una sucesión de Cauchy en $R$ y $b\in R$ tal que $\lim a_n\ne b$. Demostrar que existe $n_0$ tal que $$m,n\ge n_0\Rightarrow \left\|a_m-b\right\|=\left\|a_n-b\right\|.$$ Es decir, la sucesión de números reales $(\left\|a_n-b\right\|)$ es eventualmente constante. En particular, si $(a_n)$ no es no nula, la sucesión $(\left\|a_n\right\|)$ es eventualmente constante.
Solución
Usando que el valor absoluto de la diferencia de normas es menor o igual que la norma de la diferencia $$\left|\left\|a_m-b\right\|-\left\|a_n-b\right\|\right|\le \left\|a_m-a_n\right\|.$$ Por tanto, la sucesión $(\left\|a_n-b\right\|)$ es de Cauchy en $\mathbb{R}$ y en consecuencia, convergente. Sea $l=\lim \left\|a_n-b\right\|$. Ha de ser $l > 0$ pues en caso contrario tendríamos $\lim a_n=b$ contra la hipótesis. Existe por tanto $n_1$ tal que $$n\ge n_1\Rightarrow \left\|a_n-b\right\| > \frac{l}{2}.\qquad (1)$$ Por ser $(a_n)$ de Cauchy, existe $n_2$ tal que $$m,n\ge n_2\Rightarrow \left\|a_m-a_n\right\| < \frac{l}{2}.\qquad (2)$$ Llamando $n_0=\max \{n_1,n_2\}$ y para $m,n\ge n_0$ $$\left\|a_m-b\right\|=\left\|(a_n-b)+(a_m-a_n)\right\|$$ $$\le \max \{\left\|a_n-b\right\|,\left\|a_m-a_n\right\|\}\underbrace{=}_{\text{Por }(1)\text{ y }(2)}\left\|a_n-b\right\|.$$