1 Ordnung muß sein. 1.1 Angeordnete Körper. 1.2 Folgerungen aus den Anordnungsaxiomen. ( c) (b a) > 0. Somit a c b c > 0.



Ähnliche Dokumente
8. Quadratische Reste. Reziprozitätsgesetz

3. Die Eigenschaften der reellen Zahlen II: Geordnete Körper

Einführung in die Algebra

Gleichungen und Ungleichungen

a n auf Konvergenz. Berechnen der ersten paar Folgenglieder liefert:

3.1. Die komplexen Zahlen

Wurzeln als Potenzen mit gebrochenen Exponenten. Vorkurs, Mathematik

3. Zusammenhang. 22 Andreas Gathmann

x 2 2x + = 3 + Es gibt genau ein x R mit ax + b = 0, denn es gilt

Mathematik: Mag. Schmid Wolfgang Arbeitsblatt 3 1. Semester ARBEITSBLATT 3 RECHNEN MIT GANZEN ZAHLEN

Rationale Zahlen. Weniger als Nichts? Ist Null nichts?

7 Rechnen mit Polynomen

50. Mathematik-Olympiade 2. Stufe (Regionalrunde) Klasse Lösung 10 Punkte

Basis und Dimension. Als nächstes wollen wir die wichtigen Begriffe Erzeugendensystem und Basis eines Vektorraums definieren.

Mathematischer Vorbereitungskurs für Ökonomen

Zeichen bei Zahlen entschlüsseln

1. Man schreibe die folgenden Aussagen jeweils in einen normalen Satz um. Zum Beispiel kann man die Aussage:

Lineargleichungssysteme: Additions-/ Subtraktionsverfahren

Die Gleichung A x = a hat für A 0 die eindeutig bestimmte Lösung. Für A=0 und a 0 existiert keine Lösung.

Absolute Stetigkeit von Maßen

Also kann nur A ist roter Südler und B ist grüner Nordler gelten.

Was meinen die Leute eigentlich mit: Grexit?

Fachschaft Mathematik und Informatik (FIM) LA I VORKURS. Herbstsemester gehalten von Harald Baum

3. LINEARE GLEICHUNGSSYSTEME

Der Zwei-Quadrate-Satz von Fermat

Division Für diesen Abschnitt setzen wir voraus, dass der Koeffizientenring ein Körper ist. Betrachte das Schema

1 Mathematische Grundlagen

Austausch- bzw. Übergangsprozesse und Gleichgewichtsverteilungen

Würfelt man dabei je genau 10 - mal eine 1, 2, 3, 4, 5 und 6, so beträgt die Anzahl. der verschiedenen Reihenfolgen, in denen man dies tun kann, 60!.

Repetitionsaufgaben Wurzelgleichungen

Primzahlen und RSA-Verschlüsselung

Mengensysteme, Wahrscheinlichkeitsmaße

Lineare Gleichungssysteme

Professionelle Seminare im Bereich MS-Office

4.4 AnonymeMärkteunddasGleichgewichtder"vollständigen Konkurrenz"

Beispiellösungen zu Blatt 111

Eigenwerte und Eigenvektoren von Matrizen

Brückenkurs Mathematik, THM Friedberg,

Mathematik für Studierende der Biologie und des Lehramtes Chemie Wintersemester 2013/14. Auswahl vorausgesetzter Vorkenntnisse

Sollsaldo und Habensaldo

Grundlagen der höheren Mathematik Einige Hinweise zum Lösen von Gleichungen

4. Woche Decodierung; Maximale, Perfekte und Optimale Codes. 4. Woche: Decodierung; Maximale, Perfekte und Optimale Codes 69/ 140

Lineare Gleichungssysteme

1. Weniger Steuern zahlen

Bevor lineare Gleichungen gelöst werden, ein paar wichtige Begriffe, die im Zusammenhang von linearen Gleichungen oft auftauchen.

Musterlösungen zur Linearen Algebra II Blatt 5

Formale Sprachen. Der Unterschied zwischen Grammatiken und Sprachen. Rudolf Freund, Marian Kogler

Betragsgleichungen und die Methode der Fallunterscheidungen

Korrelation (II) Korrelation und Kausalität

TECHNISCHE UNIVERSITÄT MÜNCHEN

Mathematik. UND/ODER Verknüpfung. Ungleichungen. Betrag. Intervall. Umgebung

Abituraufgabe zur Stochastik, Hessen 2009, Grundkurs (TR)

Lineare Gleichungssysteme

1.5 Folgerungen aus dem Kolmogoroff- Axiomensystem P( ) = 0.

Matrizennorm. Definition 1. Sei A M r,s (R). Dann heißt A := sup die Matrixnorm. Wir wissen zunächst nicht, ob A eine reelle Zahl ist.

0, v 6 = , v 4 = span(v 1, v 5, v 6 ) = span(v 1, v 2, v 3, v 4, v 5, v 6 ) 4. span(v 1, v 2, v 4 ) = span(v 2, v 3, v 5, v 6 )

Definition:Eine meromorphe Modulform vom Gewicht k Z ist eine meromorphe. f : H C. (ii) C > 0, so daß f(z) im Bereich Im z > C keine Singularität hat.

5.1 Drei wichtige Beweistechniken Erklärungen zu den Beweistechniken... 56

1 Aussagenlogik und Mengenlehre

Lineare Funktionen. 1 Proportionale Funktionen Definition Eigenschaften Steigungsdreieck 3

Längenmaße. Welche Längenmaße kennst du? Wir nehmen ein Lineal und einen Zollstock sowie ein einfaches Maßband (gibt es in jedem Möbelhaus) zur Hand.

4. Übungsblatt Matrikelnr.:

V 2 B, C, D Drinks. Möglicher Lösungsweg a) Gleichungssystem: 300x y = x + 500y = 597,5 2x3 Matrix: Energydrink 0,7 Mineralwasser 0,775,

Theoretische Grundlagen des Software Engineering

Vorkurs Mathematik Übungen zu Polynomgleichungen

ERGÄNZUNGEN ZUR ANALYSIS II MITTELWERTSATZ UND ANWENDUNGEN

15.3 Bedingte Wahrscheinlichkeit und Unabhängigkeit

Die Post hat eine Umfrage gemacht

Komplexe Zahlen und Wechselstromwiderstände

Plotten von Linien ( nach Jack Bresenham, 1962 )

Analysis I für Studierende der Ingenieurwissenschaften

Definition und Begriffe

Was bedeutet Inklusion für Geschwisterkinder? Ein Meinungsbild. Irene von Drigalski Geschäftsführerin Novartis Stiftung FamilienBande.

! " # $ " % & Nicki Wruck worldwidewruck

Lösungen zum 3. Aufgabenblatt

Beweis des Satzes, dass eine einwerthige mehr als 2nfach periodische Function von n Veränderlichen unmöglich ist. Bernhard Riemann

Quadratwurzel. Wie lassen sich die Zahlen auf dem oberen und unteren Notizzettel einander sinnvoll zuordnen?

WS 2008/09. Diskrete Strukturen

Anwendungsbeispiele Buchhaltung

Abschlussprüfung Realschule Bayern II / III: 2009 Haupttermin B 1.0 B 1.1

der Eingabe! Haben Sie das Ergebnis? Auf diesen schwarzen Punkt kommen wir noch zu sprechen.

Reelle Zahlen. Mathematische Grundlagen Lernmodul 4. Stand: Oktober 2010

LU-Zerlegung. Zusätze zum Gelben Rechenbuch. Peter Furlan. Verlag Martina Furlan. Inhaltsverzeichnis. 1 Definitionen.

!(0) + o 1("). Es ist damit möglich, dass mehrere Familien geschlossener Orbits gleichzeitig abzweigen.

Vorbemerkungen zur Optionsscheinbewertung

Mathematik 1. Lösungsvorschläge zum 2. Übungsblatt

Menü auf zwei Module verteilt (Joomla 3.4.0)


Informationsblatt Induktionsbeweis

Stellen Sie bitte den Cursor in die Spalte B2 und rufen die Funktion Sverweis auf. Es öffnet sich folgendes Dialogfenster

Anhand des bereits hergeleiteten Models erstellen wir nun mit der Formel

IRF2000 Application Note Lösung von IP-Adresskonflikten bei zwei identischen Netzwerken

Was ist Sozial-Raum-Orientierung?

Modulabschlussklausur Analysis II

11.3 Komplexe Potenzreihen und weitere komplexe Funktionen

Definition 27 Affiner Raum über Vektorraum V

geben. Die Wahrscheinlichkeit von 100% ist hier demnach nur der Gehen wir einmal davon aus, dass die von uns angenommenen

Welche Lagen können zwei Geraden (im Raum) zueinander haben? Welche Lagen kann eine Gerade bezüglich einer Ebene im Raum einnehmen?

Einführung in die Vektor- und Matrizenrechnung. Matrizen

Transkript:

1 Ordnung uß sein 1.1 Angeordnete Körper Wir nehen einal an, daß es in eine Körper Eleente gibt, die wir positiv nennen. Welche Eigenschaften sollen diese haben? O1) Wenn x und y positiv sind, dann auch x + y und x y O2) Für jede Zahl x = 0 ist entweder x positiv oder x positiv aber nicht beides) O3) 0 ist nicht positiv Definition: Besitzt ein Körper positive Eleente it den Eigenschaften O1-O3, so heißt der Körper angeordnet. Definition: x < y bedeutet y x ist positiv y > x bedeutet x < y x y bedeutet x < y oder x = y y x bedeutet x y Kurzschreibweise: x y z heißt x y und y z 1.2 Folgerungen aus den Anordnungsaxioen OF1) Für beliebige Zahlen a, b gilt: Genau eine der folgenden drei Dinge gilt: a < b, b < a, a = b Grund: Sei x := b a. Nach O2 gilt genau eines der drei folgenden: x > 0, x < 0, x = 0. Das entspricht der Behauptung. OF2) Wenn a < b und b < c, dann a < c Grund: a < b bedeutet b a > 0 und b < c bedeutet c b > 0. Also ist b a) + c b) > 0. Und dait c a > 0 also a < c. OF3) Wenn a < b, dann a + c < b + c Grund: Sei x := a + c, y := b + c. Dann ist y x = b a > 0, also y > x. OF4) Wenn a < b und c > 0, dann ist a c < b c Grund: a < b bedeutet b a > 0. Dann ist für c > 0 : c b a) = c b c a > 0 OF5) Wenn a = 0, dann ist a 2 > 0 Grund: Ist a > 0, so ist a 2 > 0. Ist a < 0, dann ist a) > 0 also a) a) = 1) 1) a a = a 2 > 0. OF6) 1 > 0 Grund: Voriger Satz it a = 1 OF7) Wenn a < b und c < 0, dann a c > b c Grund: a < b bedeutet b a > 0 und c < 0 bedeutet c) > 0. Also ist c) b a) > 0. Soit a c b c > 0.

OF8) Wenn a < b, dann a > b. Speziell: Wenn a < 0, dann a) > 0 Grund: Folgt aus vorige Satz durch c = 1 OF9) Ist a b > 0, dann sind entweder a und b beide positiv oder a und b beide negativ. Grund: Sei z.b a > 0 und b < 0. Dann wäre a b) = a b > 0 OF10) Wenn a < c und b < d, dann a + b < c + d Grund: Mit c a > 0 und d b > 0 ist c a + d b = c + d) a + b) > 0 OF11) Wichtige Tatsache : Es ist a 2 0 für alle a. Ist a 2 + b 2 = 0, so gilt a = b = 0. Grund: Für a = 0 ist a 2 > 0 und 0 2 = 0, also a 2 0. Daher ist a 2 + b 2 0 für alle a, b. Ist nun a = 0 oder b = 0, so ist a 2 + b 2 > 0. OF12) Es gibt, in eine angeordneten Körper, keine Zahl i it i 2 = 1 denn i 2 + 1 2 = 0. F 2 ist nicht angeordnet: 1 2 + 1 2 + 1 + 1 = 0. OF13) Ist 0 < a < b, so gilt 0 < a n < b n und ugekehrt. Grund: Es ist b n a n = b a)b n 1 + b n 2 a +... + ba n 2 + a n 1 ) = b a) n 1 k=0 ak b n k 1. Da die Ausdrücke der zweiten Klaer alle positiv sind, ist das Vorzeichen der rechten Seite identisch it de Vorzeichen von b a > 0, also b n a n > 0. a n > 0 ist wegen a > 0 klar. Die Ukehrung folgt ebenso aus der Tatsache, daß die beiden Seiten der obigen Gleichung dasselbe Vorzeichen haben. Beerkung: OF11 sichert, daß 1 + 1 = 0, 1 + 1 + 1 = 0 usw. Dait ist aber auch 1 1 = 0, 1 1 1 = 0 usw. Dait liegen die ganzen Zahlen Z in jede angeordneten Körper. Weiter sieht an daß dait die rationalen Zahlen p q it p Z und q N in jede angeordneten Körper liegen. Für F 2 ist das offenbar falsch, denn 1 + 1 = 0. Beispiel: Der Körper Q = { p q p Z und q N} ist ein angeordneter Körper. Es gilt: und dait p q > r s p q r s > 0 p s r q q s p q > 0 p > 0 > 0 p s r q > 0 p s > r q Definition Intervalle):i) Für einen angeordneten Körper it Eleenten a b definieren wir: a, b) := {x a < x < b} [a, ) := {x a x} a, b] := {x a < x b} a, ) := {x a < x} [a, b) := {x a x < b}, b] := {x x b} [a, b] := {x a x b}, b) := {x x < b} dabei heißt a, b) offenes Intervall und [a, b] abgeschlossenes Intervall. Die anderen beiden Intervalltypen heißen halboffen. Übungen: 1) Die Sue zweier negativer Zahlen ist negativ 2) Wenn a > 0, dann 1 a > 0; wenn a < 0, dann 1 a < 0 3) Wenn 0 < a < b, dann 0 < b 1 < a 1 4) Wenn a b und b c, dann a c 5) Wenn a b und b c und a = c, dann b = c

1.3 Die Betragsfunktion In eine angeordneten Körper können wir den Betrag eines Eleentes wie folgt definieren: x falls x positiv ist x := 0 falls x = 0 x falls x negativ ist Kürzer geht das durch s.u.) x := x 2 Definition: Der Abstand zweier Zahlen x, y ist x y. Satz: x y = x y Grund Wenn x und y gleiches Vorzeichen haben, ist x y positiv, also x y = x y. Wenn beide negativ sind ist x y = x) y) = x y = x y. Sind beide positiv, so gilt: x y = x y = x y. Ist x negativ und y positiv, so gilt: x y = x y) = x y = x y, da dann das Produkt negativ ist. Analog geht der letzte verbliebene Fall. Satz Dreiecksungleichung): x + y x + y Grund: Für x gilt x x und für y gilt y y. Also folgt x + y x + y. Außerde gilt x x und y y und soit x + y) = x + y) x + y. Insgesat also die Behauptung. 1.4 Das Supreusaxio Bei Q handelt es sich zwar u einen angeordneten Körper, er hat aber noch Lücken. Die Zahl 2, als die Länge der Diagonale eines Quadrates it Seitenlänge 1 ist keine rationale Zahl. Grund: Wir nehen an: 2 = p q it teilerfreden p und q. Dann folgt q 2 = p und nach Quadrieren: 2q 2 = p 2. Dann ist aber die rechte Seite ein Quadrat. Dann uß aber p durch 2 teilbar sein, also p = 2k, für ein k N. Dann ist aber 2q 2 = 4k 2 ithin q 2 = 2k 2. Mit de gleichen Arguent wie oben ist dann aber auch q eine gerade Zahl und p und q haben den geeinsaen Teiler 2. Definition: Sei S eine Menge von Zahlen eines angeordneten Körpers. Eine Zahl s heißt obere Schranke vo S, falls für ALLE Zahlen a in S gilt a s. Gibt es eine obere Schranke für S, so heißt S nach oben beschränkt. Definition Supreu: Eine Zahl s 0 ist kleinste obere Schranke Supreu) einer Menge S =, wenn gilt: i) s 0 ist obere Schranke für S ii) Keine Zahl kleiner als s 0 ist obere Schranke für S, d.h. s < s 0 a S : a > s. Anders gesagt: Ist s obere Schranke von S, so gilt s s 0. Beerkung: i) Wenn Sie sich einen Pegelstandsanzeiger a Rhein ansehen, sehen Sie lauter obere Schranken für den tatsächlichen Pegelstand. Dieser tatsächliche Pegelstand ist das Supreu dieser.

ii) Analog zu Supreu ist das Infiu die größte untere Schranke einer nicht leeren, nach unten beschränkten Menge. Die Eigenschaften von Suprea gelten sinngeäß auch für Infia. Satz: Suprea und Infia sind eindeutig. Grund: Wir nehen an, daß s 0 und s 1 beide Suprea der nach oben beschränkten Menge S sind. Weil s 0 kleinste obere Schranke ist, gilt s 0 s 1. Da s 1 kleinste obere Schranke ist, gilt: s 1 s 0. Also insgesat s 0 = s 1 Beerkung: Wir betrachten in eine angeordneten Körper für ein Eleent a die Mengen S 0 := {x x a} und S 1 := {x x < a} Offenbar sind beide Mengen nicht leer, da z.b. x 1 in beiden liegt. Die beiden Mengen sind verschieden a S 0 und a / S 1 ) haben aber das gleiche Supreu a. I ersten Falle nennt an das Supreu auch Maxiu. Lea: Ist sup A = s, so gibt es zu jede N ein x A, it s 1 < x s. Grund: Es ist A = A\s 1, s] s 1, s] A ). Jedes Eleent x der ersten Menge erfüllt also x s 1. Wäre die zweite Menge leer, so wäre s 1 eine kleinere obere Schranke von A. Definition: Ein angeordneter Körper erfüllt das Supreusaxio, wenn jede nach oben beschränkte, nichtleere Teilenge ein Supreu hat. Satz: Die reellen Zahlen R sind ein angeordneter Körper der das Supreusaxio erfüllt. Beerkung: Die reellen Zahlen sind sogar, in eine vernünftigen Sinne, der einzige angeordnete Körper it Supreusaxio. Lea: Seien A, B zwei nichtleere Teilengen von R it a < b für alle a A und b B. Dann existieren sup A und inf B und es gilt: sup A inf B Grund: Sei zunächst b B fest. Dann gilt a < b, also auch a b, für alle a A. Also ist A nach oben durch b beschränkt, also existiert sup A R. Nun ist sup A kleinste obere Schranke und b obere Schranke von A, also gilt sup A b. Da diese Arguentation für beliebiges b B gilt, folgt sup A b für alle b B. Daher ist sup A untere Schranke von B. Daher ist B ist B nach unten beschränkt und besitzt eine größte untere Schranke: inf B R. Annahe: sup A > inf B. Dann existiert x A, it sup A 1 < x sup A. Für genügend große ist x > inf B z.b. für 1 sup A+inf B < 2 ). Also haben wir inf B < x sup A Also ist x keine untere Schranke von B. Daher gibt es ein y B, it y < x, i Widerspruch zu A < B. 1.5 Archiedizität In diese Abschnitt sei K ein angeordneter Körper, der das Supreusaxio erfüllt. Satz: Die Menge der natürlichen Zahlen 1, 1 + 1, 1 + 1 + 1,...ist in K nach oben unbeschränkt. D.h., daß es zu jede x K ein n N gibt, it x < n.

Grund: Wäre N beschränkt, so gäbe es nach de Supreusaxio s = sup N. Nun ist s 1 < s keine obere Schranke für N. Also gibt es ein n N, it n > s 1. Also ist n + 1 > s i Widerspruch dazu, daß s obere Schranke vo N ist. Folgerung: Ist x K und x > 0, dann existiert ein n N, it 1 n < x. Grund: Nach vorangehende Satz gibt es ein n N, it 1 x < n, also x > n 1 Folgerung: Ist 0 x < n 1 für alle n N, so ist x = 0. Folgerung: Ist b a < n 1 für alle n N, so ist b = a. 1.6 Wurzeln Sei K ein angeordneter Körper, der das Supreusaxio erfüllt. Satz: Sei a > 0. Dann gibt es genau ein positives Eleent b, it b 2 = a. Grund Skizze): Die exakte Begründung ist technisch schwierig. Die Idee s.u.) ist, daß eine der drei Möglichkeiten b 2 > a, b 2 < a, b 2 = a gelten uß. Die Annahe von b 2 > a bzw. b 2 < a führen auf einen Widerspruch, so daß b 2 = a gelten uß. Eine ausführliche Begründung finden Sie auf Übungsblatt 3) Sei K ein angeordneter Körper, der das Supreusaxio erfüllt. Satz: Sei a > 0. Dann gibt es zu jede n N genau ein positives Eleent b, it b n = a. Grund: Ist 0 < y < z, so gilt 0 < y n < z n. Zwei verschiedene positive Zahlen können also potenziert it n nicht gleich werden. Dies zeigt die Eindeutigkeit. *) Existenz: Sei zunächst a > 1. Wir betrachten die Menge S = {x > 0 x n a}. Zunächst gilt 1 n = 1 < a, also 1 S und soit ist S nicht leer. Weiter gilt für x S: x n < a < a n und soit a n x n > 0. Dait ist nach OF13) x < a. Die Menge S ist also durch a beschränkt. Nach de Supreusaxio gibt es also s = sup S in K. Wegen 1 S ist s 1. Wegen s 1 < s < s + 1 für alle N it 2 gilt: s ) 1 n < s n < s + 1 ) n Wegen der Supreuseigenschaft von s und wegen s 1 < s gibt es ein b S it s 1 < b. Dann gilt aber s 1 ) n < b n a Da s + 1 > s, ist s + 1 / S also s + 1 ) n > a. Insgesat gilt also: s ) 1 n < b n a < s + 1 ) n Daher ist b n a < s + 1 ) n s 1 ) n

) 2 n 1 = s + 1 ) k s 1 ) ) n k 1 k=0 Wegen 0 < s 1 < s + 1 < s + 1 ist dieser Ausdruck kleiner als n 1 2 k=0 s + 1) k s + 1) n k 1 = 1 2ns + 1)n 1 wird also beliebig klein für große. Daher gilt b n = a. Ist nun a < 1, so gibt es ein b, it b n = 1 a > 1. Dann ist 1 b ) n = 1 b n = 1 1 a = a. Definition: a 1 n = n a = b, a n = a n ) 1. Die reellen Zahlen eine Übersicht): Die reellen Zahlen sind ein angeordneter Körper, der das Supreusaxio erfüllt. Insbesondere gilt: i) Die reellen Zahlen erfüllen, it der Addition und Multiplikation, die Axioe und dait deren Folgerungen) eines Körpers ii) Die reellen Zahlen sind angeordnet durch <, isbesondere ist jedes Eleent ungleich 0 entweder positiv oder negativ. iii) In reellen Zahlen hat jedes positive Eleent eine Quadratwurzel. i) Die reellen Zahlen sind archiedisch geordnet, d.h. zu jeder reellen Zahl x gibt es eine natürliche Zahl n, it x < n