Hörsaalübung zu Blatt 5 Analysis I für Studierende der Ingenieurwissenschaften

Ähnliche Dokumente
Anleitung zu Blatt 3 Analysis I für Studierende der Ingenieurwissenschaften

Anleitung zu Blatt 4 Analysis I für Studierende der Ingenieurwissenschaften

Anleitung zu Blatt 4 Analysis I für Studierende der Ingenieurwissenschaften

Analysis I für Studierende der Ingenieurwissenschaften

Anleitung zu Blatt 2, Analysis II

Folgen und Reihen. Kapitel Zahlenfolgen

Mathematik IT 3 (Analysis) Probeklausur

Häufungspunkte und Satz von Bolzano und Weierstraß.

Folgen, Reihen, Grenzwerte u. Stetigkeit

D-MAVT/D-MATL Analysis I HS 2017 Dr. Andreas Steiger. Lösung - Serie 1

Serie 4 2 = 10. ) ist). Dann gilt für alle n n 0

Mathematik für Informatik 3

Folgen und Reihen. Wirtschaftswissenschaftliches Zentrum Universität Basel. Mathematik für Ökonomen 1 Dr. Thomas Zehrt

Hörsaalübung 3, Analysis II

Anleitung 6 Komplexe Funktionen für Studierende der Ingenieurwissenschaften

a 0, a 1, a 2, a 3,... Dabei stehen die drei Pünktchen für unendlich oft so weiter.

Kapitel 3: Folgen und Reihen

Aufgabe 1 Zeigen Sie mittels vollständiger Induktion, dass für alle n N. n(n + 1)(2n + 1) 6. j 2 = gilt.

Kapitel IV. Folgen und Konvergenz

1 Folgen und Stetigkeit

Aufgaben und Lösungen Ausarbeitung der Übungsstunde zur Vorlesung Analysis I

GRUNDLAGEN MATHEMATIK

3.3 Konvergenzkriterien für reelle Folgen

Folgen. Eine (unendliche) (Zahlen)folge ist eine Abbildung. dann als. notiert, und das wird abgekürzt mit. nennt man die Folgenglieder.

Das Newton Verfahren.

10 Aus der Analysis. Themen: Konvergenz von Zahlenfolgen Unendliche Reihen Stetigkeit Differenzierbarkeit

Beispiel. Gegeben sei die Folge (a n ) n N mit. a n := n 2 + 5n + 1 n. Es gilt. (n 2 + 5n + 1) n 2 = n2 + 5n + 1 n) n2 + 5n n, woraus folgt

Analysis I. 3. Beispielklausur mit Lösungen

Mathematik I für Studierende der Geophysik/Ozeanographie, Meteorologie und Physik Vorlesungsskript

Rechenoperationen mit Folgen. Rekursion und Iteration.

Folgen und Reihen. Bernhard Ganter. Institut für Algebra TU Dresden D Dresden

TECHNISCHE UNIVERSITÄT MÜNCHEN Zentrum Mathematik

Wenn man eine Folge gegeben hat, so kann man auch versuchen, eine Summe. a 0 + a 1 + a 2 +

= (n 2 ) 1 (Kurzschreibweise: a n = n 2 ) ergibt die Zahlenfolge 1, 4, 9, 16, 25, 36,.

Kleingruppen zur Service-Veranstaltung Mathematik I fu r Ingenieure bei Prof. Dr. G. Herbort im WS12/13 Dipl.-Math. T. Pawlaschyk,

VO Mathematik I für Studierende der Wirtschaftswissenschaften

Lösungshinweise zu den Hausaufgaben:

Anleitung zu Blatt 4 Differentialgleichungen I für Studierende der Ingenieurwissenschaften

Vorlesung Mathematik 1 für Ingenieure (Wintersemester 2015/16)

NEXTLEVEL I, Analysis I

Mathematik für Ökonomen Kompakter Einstieg für Bachelorstudierende Lösungen der Aufgaben aus Kapitel 5 Version 1.0 (11.

Folgen und Reihen. Folgen. Inhalt. Mathematik für Chemiker Teil 1: Analysis. Folgen und Reihen. Reelle Funktionen. Vorlesung im Wintersemester 2014

3 Folgen, Reihen, Grenzwerte 3.1 Zahlenfolgen Definition: Eine Folge ist eine geordnete Menge von Elementen an (den sogenannten Gliedern ), die

NEXTLEVEL im WiSe 2011/12

INGENIEURMATHEMATIK. 8. Reihen. Sommersemester Prof. Dr. Gunar Matthies

Konvergenz und Divergenz einer unendlichen Reihe. 5-E Ma 2 Lubov Vassilevskaya

Folgen und Reihen. Katharina Brazda 9. März 2007

Folgen und Reihen. 1 Konvergenz

D-INFK Analysis I FS 2017 Prof. Dr. Özlem Imamoglu. MC-Fragen Serie 1. Einsendeschluss: Freitag, der :00 Uhr

11. Folgen und Reihen.

Rekursionen (Teschl/Teschl 8.1/8.2)

Kapitel 5 Reihen 196

7. Übungsblatt Aufgaben mit Lösungen

Vorlesung Mathematik für Ingenieure (WS 11/12, SS 12, WS 12/13)

2 Folgen und Reihen. 2.1 Folgen in C Konvergenz von Folgen. := f(n)

Mathematik I Herbstsemester 2014

x k = s k=1 y k = y konvergent. Dann folgt (cx k ) = cx für c K. Partialsummenfolge konvergiert

Anleitung zu Blatt 1, Analysis II

$Id: folgen.tex,v /06/07 13:16:35 hk Exp $ n qn = 0.

Übungen zu Einführung in die Analysis

Analysis I für Studierende der Ingenieurwissenschaften

Übungen Ingenieurmathematik

6 Reelle und komplexe Zahlenfolgen

Analysis I für Studierende der Ingenieurwissenschaften

Ferienkurs Analysis 1, SoSe Unendliche Reihen. Florian Beye August 15, 2008

Numerische Verfahren und Grundlagen der Analysis

Klausurenkurs zum Staatsexamen (SS 2015): Differential und Integralrechnung 1

Folgen, Reihen, Potenzreihen, Exponentialfunktion

1,2,3,4,5,... Dabei ist die Reihenfolge wichtig, jede Zahl hat also ihre feste Position. Die Folge 2,1,4,3,... ist eine andere als 1,2,3,4,...

Analysis I für Studierende der Ingenieurwissenschaften

Folgen und Reihen. Thomas Blasi

Übungsaufgaben zu Analysis 1 Lösungen von Blatt VI vom

Ferienkurs Analysis 1 - Wintersemester 2014/15. 1 Aussage, Mengen, Induktion, Quantoren

Alternativ kann man auch die Differenz a n+1 a n betrachten:

Analysis I. 2. Übungsstunde. Steven Battilana. battilana.uk/teaching

Vertiefungskurs Mathematik. Anforderungen für das Universitäts-Zertifikat zum Schuljahr 2016/17 (unverändert seit 2012/13)

Wirtschaftsmathematik

3.1 Folgen. ,...) die Folge der sogenannten Hauptbrüche in Q. Mathematik I WiSe 2005/ y = (y n ) n N = ( 1 3, 1 9, 1 27, 1 81, 1

Ferienkurs Seite 1. Technische Universität München Ferienkurs Analysis 1 Stetigkeit, Konvergenz, Topologie

Hilfsmittel aus der Kombinatorik, Reelle Zahlenfolgen, Vollständige Induktion

Lösungshinweise zu den Hausaufgaben:

Konvergenz einer Folge. 1-E1 Ma 1 Lubov Vassilevskaya

Vertiefungskurs Mathematik

,...) ist eine Folge, deren Glieder der Null beliebig nahe kommen. (iii) Die Folge a n = ( 1) n + 1 n oder (a n) = (0, 3 2, 2 3, 5 4, 4 5

Konvergenz und Stetigkeit

Spickzettel Mathe C1

Vorlesung Mathematik für Ingenieure I (Wintersemester 2007/08)

Konvergenz und Stetigkeit

Zusammenfassung zur Konvergenz von Folgen

4. Lösung linearer Gleichungssysteme

Höhere Mathematik I für die Fachrichtungen Elektroingenieurwesen, Physik und Geodäsie Lösungsvorschläge zum 7. Übungsblatt

7 KONVERGENTE FOLGEN 35. inf M = Infimum von M. bezeichnet haben. Definition. Sei (a n ) n N eine beschränkte Folge in R. Dann heißt.

Hilfsmittel aus der Kombinatorik, Vollständige Induktion, Reelle Zahlenfolgen

Folgen und Reihen. Mathematik-Repetitorium

Vorlesung: Analysis I für Ingenieure

k=1 {S n } n N konvergiert, so schreibt man: a n n=1 und spricht dann von Konvergenz oder Divergenz der unendlichen Reihe

Kapitel 4. Folgen und Reihen. Josef Leydold Auffrischungskurs Mathematik WS 2017/18 4 Folgen und Reihen 1 / 38

Wärmeleitungsgleichung mit anderen Randbedingungen (nicht Dirichlet), symmetrische Differentialoperatoren

1 Einleitung. 2 Reelle Zahlen. 3 Konvergenz von Folgen

Bezeichnung von Funktionen x := y:=

Transkript:

Fachbereich Mathematik der Universität Hamburg WiSe 2017/2018 Dr. Hanna Peywand Kiani Hörsaalübung zu Blatt 5 Analysis I für Studierende der Ingenieurwissenschaften Polynome, Folgen, Reihen 1. Teil 11/12.12.2017 Das ins Netz gestellte Material zur Hörsaalübung soll nur die Mitarbeit während der Veranstaltung erleichtern. Ohne die in der Veranstaltung gegebenen zusätzlichen Erläuterungen sind diese Unterlagen unvollständig (z. Bsp. fehlen oft wesentliche Voraussetzungen). Tipp oder Schreibfehler, die rechtzeitig auffallen, werden nur mündlich während der Veranstaltung angesagt. Eine Veröffentlichung dieser Unterlagen an anderer Stelle ist untersagt!

Konvergenz von Folgen in R : Reelle Zahlenfolge : f : N R, n f(n) := a n. Schreib- bzw. Sprechweise: (a n ) n N. Eine Folge (a n ) n N konvergiert gegen eine Zahl a R, wenn es zu jedem ǫ > 0 ein N N gibt, so dass a n a < ǫ n N Schreibweise: lim n a n = a oder a n a (n ) ACHTUNG: ± sind keine Zahlen aus R. a n ± (n ) : uneigentliche Konvergenz divergent = nicht konvergent 2

Rechenregeln/bekannte Folgen : Die Folgen (a n ) n N und (b n ) n N seien konvergent mit lim a n = a, lim b n = b. Dann gilt: n n a) Linearität : lim (a n+b n ) = lim a n + lim b n n n n lim λa n = λ lim a n λ R n n b) lim n (a n b n ) = lim n a n lim n b n lim n ( an b n ) = lim n a n lim n b n b n 0 3

c) Seien a n 0 n N und m N. Dann gilt lim n m a n = m lim a n = m a n d) Sei (x n ) n N konvergent. Für stetige Funktionen f (insbesondere für die elementaren Funktionen ( sin, cos, ) ln, exp, ) gilt in ihren Definitionsbereichen lim f (x n) = f lim x n n n e) Monoton wachsende (fallende) nach oben (unten) beschränkte Folgen sind konvergent. monoton wachsend: a n+1 a n, n N Eine Folge heißt nach oben (unten) beschränkt, wenn es ein C R gibt mit C a n (a n C). 4

f) Die geometrische Folge a n = q n konvergiert genau dann, wenn 1 < q 1. lim n (qn ) = 0 falls 1 < q < 1 1 falls q = 1 falls q > 1 g) lim n nk = falls k > 0 1 falls k = 0 0 falls k < 0 5

Beispiele: Untersuchung auf Konvergenz und ggf. Grenzwert (n N) a n := n 2 +1 (n+1) b n := 6n2 +n 4n 1 3n2 2 2n+1. c n := 7 4n + 3 n 3 5 n+1. (Ausführliche Besprechnung der Beispiele vor Ort.) Zur Folge a n = n 2 +1 (n+1) Wie wäre es mit lim n lim n n2 +1 = (wg. a, b und c) n+1 = (wg. a und b) lim a n = lim n n n2 +1 lim n (n+1) = 0? völliger Blödsinn! 6

Untersuche zum Beispiel: n 1 2n, n 2 +1 n, n n 2 +1 n 1 2n = n 2 +1 n = n2 n + 1 n n n 2 +1 = n 1 n(n+ 1 ) = n Die Regeln a) b) und c) gelten nur im Falle der Konvergenz der einzelnen beteiligten Folgen gegen endliche Zahlen. 7

Zurück zum Beispiel: richtig wäre: Behebe Problem mittels 3. binomischer Formel (c b)(c+b) = c 2 b 2 lim a n = lim n n [ n2 +1 (n+1)] a n = [ n2 +1 (n+1)] = [ ( n 2 +1 (n+1)) ( ] n 2 +1+(n+1)) n2 +1+(n+1) = n2 +1 (n+1) 2 n2 +1+(n+1) = = 2n n2 +1+(n+1) 8

Zur Folge b n := 6n2 +n 4n 1 3n2 2 2n+1, n N lim n b n? = lim n 6n 2 +n 4n 1 lim n 3n 2 2 2n+1 (Das wäre Regel a)) lim n 3n 2 2 2n+1? = lim n (3n2 2) lim n (2n+1) (Das wäre Regel b))? Die Rechenregeln a) und b) sind nicht direkt anwendbar! 9

Rationale Funktion: bei Bedarf z.b. bei oder / etc. erst gemeinsamer Nenner, dann Zähler- oder Nenner durch höchste auftretende Potenz von n teilen. b n = 6n2 +n 4n 1 3n2 2 2n+1 = = 12n3 +6n 2 +2n 2 +n (12n 3 3n 2 8n+2) 8n 2 +2n 1 = 11n2 +9n 2 8n 2 +2n 1 = 10

Zur Folge c n := 7 4n + 3 n 3 5 n+1. c n = 7 4n 3 3 5 + n n+1 3 5 = n+1 11

Rekursiv definierte Folgen a n+1 = R(n,a n ) a n+1 wird nicht allein durch n bestimmt, sondern hängt vom Vorgänger (gelegentlich auch von mehreren Vorgängern ab). Zum Beispiel: a n+1 = 1 4 (2+a n) Aus der Vorlesung: Jede monoton wachsende (fallende) nach oben (unten) beschränkte Folge konvergiert. Es gilt lim n a n = sup{a n : n N} (inf{a n : n N}) 12

Beispiel: a 1 = 1, a n+1 = 1 4 (2+a n), n N Falls die Folge konvergiert, also lim n a n = a R, dann Es ist a 1 = 1, a 2 = a 3 = Vermutung: 13

1) Behauptung: Folge nach unten beschränkt durch 2 3 d.h.: Indunktionsanfang : Für n = 1 ist a 1 = 1. Indunktionsannahme : Für ein festes bel. N N gelte a N 2 3. Indunktionsschritt : Zu zeigen: a N+1 2 3 Beweis: a N+1 = 1 4 (2+a N) 14

2) Behauptung: Die Folge ist monoton fallend also a n+1 a n. Indunktionsanfang: Für n = 1 gilt: a 2 = 1 4 (2+a 1) = 3 4 < a 1 = 1 Ind.annahme: Für ein festes bel. N N gelte a N a N+1. Indunktionsschritt: Zu zeigen a N+1 a N+2. Beweis: a N+1 a N+2 Die Folge konvergiert also gegen 15

Zusammenfassung der Strategie Bestimme Kandidaten für Grenzwert von a n+1 := R(n,a n ). Setze dazu (noch unbekannten) Grenzwert a auf beiden Seiten der Rekursionsformel ein. a n+1 := R(n,a n ) = a = R(n,a). Die reellen Lösungen dieser Gleichung sind die einzigen Kandidaten für den Grenzwert. Weise Beschränktheit und Monotonie (z.b. per vollständiger Induktion) nach. Als obere (untere) Schranke bietet sich der größte (kleinste) Kandidat für ein Grenzwert an. 16

Reihen Definition: Gegeben sei eine Zahlenfolge a 0, a 1, a 2,. Addiert man die Glieder dieser Folge nacheinander auf, so entsteht eine neue Folge: s 0 := a 0 s 1 := a 0 +a 1 s 2 := a 0 +a 1 +a 2. s n := a 0 +a 1 +a 2 + +a n = n k=0 a k. Die Folge (s n ) n N dieser Partialsummen wird (unendliche) Reihe genannt. Man sagt die Reihe konvergiert, genau dann, wenn die Folge s n 17

konvergiert. Im falle der Konvergenz, heißt s := k=0 a k := lim n s n = lim n n k=0 a k Grenzwert der Reihe Beispiel: Geometrische Reihe a k := q k,,q 1 s n := lim n n k=0 n k=0 q k = 1+q 1 +q 2 + +q n = 1 qn+1 1 q q k = 1 1 q q < 1 Die geometrische Reihe konvergiert genau dann, wenn q < 1. 18

Reihen : spezielle Folgen! Konvergenzkriterien für Folgen gelten hier genauso!! Es gibt aber noch einige praktische, spezielle Kriterien!! Notwendige Bedingung: lim a k = 0. k Reicht das? BEISPIEL: HARMONISCHE REIHE a k = 1 lim k a 1 k = lim k k k = 0 1 + 1 2 + 1 3 + 1 4 + 1 5 + 1 6 + 1 7 + 1 8 + 1 9 + 1 10 + + 1 16 + 19

MERKE: 1) a k 0 reicht also nicht! Die a k müssen schnell genug gegen Null gehen! 2) Was am Anfang der Reihe passiert ist egal! Hauptsache für große k geht es schnell genug gegen Null! 7 6 5 4 3 2 1 Reihen mit a = (4/5) k k bzw. b = 1/k k 0 0 50 100 150 Vorweg/Vorlesung: k=1 1 k 2 konvergiert. 20

Beispiel: k=1 3 k+1 k 2 + 4 k 4 k k 2 21

Polynomdivision, Hornerschema, Linearfaktorzerlegung Beispiel: Gesucht sind Zerlegungen in Faktoren von p(x) = 2x 4 2x 3 + 18x 2 18x q(x) = x 4 + 4x 3 + 2x 2 4x 3. und Strategien:) Wenn möglich Konstante Faktoren und/oder x Potenzen abspalten p(x) = q(x) = 22

Nullstelle erraten über Koeffizienten = 0 x = 1 ist Nullstelle p(x) = 2x 4 2x 3 + 18x 2 18x q(x) = x 4 + 4x 3 + 2x 2 4x 3 Nullstelle erraten über Koeffizienten der geraden Potenzen = Koeffizienten der ungeraden Potenzen x = 1 ist Nullstelle p(x) = 2x 4 2x 3 + 18x 2 18x q(x) = x 4 + 4x 3 + 2x 2 4x 3 23

Nullstelle(n) abspalten mit Polynomdivision oder Horner- Schema p(x) = 2x 4 2x 3 + 18x 2 18x = 2x(x 3 x 2 + 9x 1 9) p(x) = 2x(x 3 x 2 +9x 1 9) = 2 (x 0)(x 1)(x 2...) 24

q(x) = x 4 + 4x 3 + 2x 2 4x 3 = (x 1)(x 3...) Linearfaktor (x 1) von q abspalten mittels Horner-Schema: 1 4 2 4 3 1 1 5 7 3 1 5 7 3 0 = q(x) = x 4 + 4x 3 + 2x 2 4x 3 = (x 1)(1x 3 +5x 2 +7x+3). q( 1) = 0 (x ( 1)) ist ein Linearfaktor von q 25

q(x) = (x 1)(1x 3 +5x 2 +7x+3) = (x 1)(x+1)(...) x 2 +ax+b = x 3 +5x 2 +7x+3 : (x+1) = 26

Quadratisches Polynom: p-q-formel oder quadratische Ergänzung p(x) == 2 (x 0)(x 1)(x 2 +9) x 2 +9 = 0 = x = ± 9 = ± p kann in R nicht in Linearfaktoren zerlegt werden. In C p(x) = 27

q(x) = (x 1)(x+1)(x 2 +4x+3) Zu lösen ist noch: x 2 +4x+3 = 0 Quadratische Ergänzung: (x+a) 2 = x 2 +2ax+a 2 x 2 +4x+3 = x 2 +2 2 x+3 = x 2 +2 2 x+2 2 2 2 +3 Zu lösen bleibt also: (x+2) 2 1 = 0 (x+2) 2 = 1 x+2 = ±1 Damit erhalten wir die Nullstellen x 3 = 1 und x 4 = 3. q(x) = (x 1)(x+1)(x+1)(x+3) 28