Konvergenz und Stetigkeit

Ähnliche Dokumente
Vorlesung. Funktionen/Abbildungen 1

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

Kommentierte Musterlösung zur Klausur HM I für Naturwissenschaftler

Ergänzungen zur Analysis I

Bildverarbeitung Herbstsemester Fourier-Transformation

Bitte unbedingt beachten: a) Gewertet werden alle acht gestellten Aufgaben.

11.3 Komplexe Potenzreihen und weitere komplexe Funktionen

Beispiel Wenn p ein Polynom vom Grad größer gleich 1 ist, ist q : C Ĉ definiert durch q (z) =

22 Die trigonometrischen Funktionen und die Hyperbelfunktionen

ERGÄNZUNGEN ZUR ANALYSIS II MITTELWERTSATZ UND ANWENDUNGEN

Wirtschaftsmathematik für International Management (BA) und Betriebswirtschaft (BA)

2.12 Potenzreihen. 1. Definitionen. 2. Berechnung POTENZREIHEN 207. Der wichtigste Spezialfall von Funktionenreihen sind Potenzreihen.

Folgen. Kapitel Zinsrechnung

Mathematikaufgaben zur Vorbereitung auf das Studium

a n := ( 1) n 3n n 2. a n := 5n4 + 2n 2 2n n + 1. a n := n 5n 2 n 2 + 7n + 8 b n := ( 1) n

2 3 x3 17. x k dx = x k x k+1 k +1. Mit jeder weiteren partiellen Integration reduziert sich der Grad des Faktors x n, induktiv erhalten wir also

6 Symmetrische Matrizen und quadratische Formen

Im Jahr t = 0 hat eine Stadt Einwohner. Nach 15 Jahren hat sich die Einwohnerzahl verdoppelt. z(t) = at + b

Aufgaben und Lösungen zu Mathematik für Studierende der Ingenieurwissenschaften II. Heinrich Voß

Serie 13: Online Test

Elemente der Analysis I: Zusammenfassung und Formelsammlung

Wirtschaftsmathematik für International Management (BA) und Betriebswirtschaft (BA)

Aufgaben zur Vorlesung Analysis II Prof. Dr. Holger Dette SS 2012 Lösungen zu Blatt 6

1. Gruppenübung zur Vorlesung. Höhere Mathematik 2. Sommersemester 2013

Absolute Stetigkeit von Maßen

Aufgaben des MSG-Zirkels 10b Schuljahr 2007/2008

Modulabschlussklausur Analysis II

Mathematik für ChemikerInnen I

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

Vorkurs Mathematik für Ingenieure. Aufgaben und Lösungsvorschläge

Mathematik für das Ingenieurstudium Lösungen der Aufgaben. 4. Dezember 2014

Unterlagen für die Lehrkraft

Die Schicht unterhalb von GSM/UMTS, DSL, WLAN & DVB

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.

Mathematik I für Wirtschaftswissenschaftler

Vom goldenen Schnitt zum Alexanderplatz in Berlin

Mathematik 1 für Wirtschaftsinformatik

Reelle Analysis. Vorlesungsskript. Enno Lenzmann, Universität Basel. 7. November 2013

Physik für Elektroingenieure - Formeln und Konstanten

Analysis I III. Vorlesungsskriptum WS 2005/06 WS 2006/07. Fakultät für Mathematik, Ruhr-Universität Bochum

Zuammenfassung: Reelle Funktionen

Mathematischer Vorkurs für Physiker WS 2009/10

Inoffizielles Skriptum zur Vorlesung Höhere Mathematik für Informatiker basierend auf Vorlesungen an der Universität Karlsruhe (TH)

Fourier - Transformation

Formelsammlung. Folgen und Reihen

Numerische Verfahren zur Lösung nichtlinearer Gleichungen

9.2. DER SATZ ÜBER IMPLIZITE FUNKTIONEN 83

Mathematik für Physiker, Informatiker und Ingenieure I Skriptum des WS 2007/08

Gleichungen und Ungleichungen

ax 2 + bx + c = 0, (4.1)

Analysis I/II, Information zum Repetitionsteil

Longitudinale und transversale Relaxationszeit

8. Übung zur Vorlesung Mathematisches Modellieren Lösung

Mathematik I Internationales Wirtschaftsingenieurwesen

Extremwertverteilungen

Weitere Beispiele zur Anwendung komplexer Zahlen

Übung zur Vorlesung Physikalische Chemie im Studiengang 3. FS KB Ch und 3. FS BB Phy

Netzwerke - Bitübertragungsschicht (1)

Technik der Fourier-Transformation

Folgen und endliche Summen

Die Weierstraßsche Funktion

3. Grundlagen der Linearen Programmierung

Mathematik für Wirtschaftswissenschaftler: Übungsaufgaben

Luisenburg-Gymnasium Wunsiedel

Rekursion und Iteration - Folgen und Web-Diagramme

Mathematische Ökologie

Standardisierte kompetenzorientierte schriftliche Reifeprüfung. Mathematik. Probeklausur März Teil-1-Aufgaben

Eingangstest Mathematik Musterlösungen

1. Mathematik-Schularbeit 6. Klasse AHS

Bestimmung einer ersten

ToDo-Liste für s Mathe-Abi 2009

MATHEMATIK. Fachabiturprüfung 2009 zum Erwerb der Fachhochschulreife an. Fachoberschulen und Berufsoberschulen. Ausbildungsrichtung Technik

Mathematik I für Wirtschaftswissenschaftler Klausur am ,

TEILWEISE ASYNCHRONE ALGORITHMEN

Einführung in die Funktionalanalysis

Aufgabensammlung zur Vorlesung. Höhere Mathematik für Wirtschaftswissenschaftler

3. Zusammenhang. 22 Andreas Gathmann

MATHEMATISCHER FITNESSTEST - LÖSUNGEN. (2) Welche Menge stellt die schraerte Fläche dar?

Jurgen Muller Analysis I-IV

Mathematik 1. Inhaltsverzeichnis. Prof. Dr. K. Melzer.

Zahlenfolgen, Grenzwerte und Zahlenreihen

Höhere Mathematik 3. Apl. Prof. Dr. Norbert Knarr. Wintersemester 2015/16. FB Mathematik

Mathematik Abitur Zusammenfassung Marius Buila

Lineare Algebra - alles was man wissen muß

Klausur Analysis II (SS 2005)

Abiturprüfung Mathematik 2008 (Baden-Württemberg) Berufliche Gymnasien ohne TG Analysis, Aufgabe 1

Kybernetik Laplace Transformation

Brewsterscher Winkel ******

Einführung in Maple. Version 0.2. Tobias Müller

Induktive Limiten. Arpad Pinter, Tobias Wöhrer. 30. Jänner 2010

Rekursionen (Teschl/Teschl )

Mengensysteme, Wahrscheinlichkeitsmaße

( ) als den Punkt mit der gleichen x-koordinate wie A und der

Vorlesung Analysis I für Informatiker & Statistiker. Universität München, WS 11/12. Prof. Dr. Max v. Renesse mrenesse@math.tu-berlin.

Mathematik für Informatiker Band 2: Analysis und Statistik

UNIVERSITÄT KARLSRUHE Institut für Analysis HDoz. Dr. P. C. Kunstmann Dipl.-Math. M. Uhl. Sommersemester 2009

Signale und ihre Spektren

Grundlagen der höheren Mathematik Einige Hinweise zum Lösen von Gleichungen

Computergrundkenntnisse und Programmieren, WS 07/08, Übung 12: Numerik der Standardbibliothek

Transkript:

Mathematik I für Biologen, Geowissenschaftler und Geoökologen 10. Dezember 2008

Konvergenz Definition Fourierreihen Obertöne Geometrische Reihe

Definition: Eine Funktion f : D R d heißt beschränkt, wenn es ein r > 0 gibt mit f(x) r für alle x D. Merke: Eine Funktion f : D R mit D R ist genau dann beschränkt, wenn ihr Graph in einem horizontalen Streifen eingeschlossen ist. Eine unbeschränkte Funktion wächst ins Unendliche. : (nächste Seite)

Funktion f D R d beschränkt? sin,cos R R ja, r = 1 arcsin,arccos [ 1,1] R ja, r = 2π tan ( π 2, π 2 ) R nein arctan R ( π 2, π 2 ) ja, r = π 2 exp R R nein exp (,0] R ja, r = 1 log (0, ) R nein Fibonacci N R nein x x α (0, ) R ja für α = 0, nein für α 0 x x α [1, ) R ja für α 0, nein für α > 0 x Ax R m R n ja für A = 0, sonst nein für A M(n,m) x x R n R nein

Definition: Eine Folge a 1,a 2,a 3,... von Vektoren a n R d heißt konvergent gegen den Vektor a R d, geschrieben a n a oder a n n a oder lim a n = a, n wenn es zu jedem ε > 0 ein n 0 N gibt, so dass für alle n > n 0 gilt a n a < ε. Kurz: lim n a n = a ε > 0 n 0 N n > n 0 : a n a < ε. In diesem Fall heißt a der Grenzwert oder Limes der Folge (a n ) n N ; man sagt auch, a n geht gegen a. Ist eine Folge gegen keinen Vektor konvergent, so heißt sie divergent.

: a n = 1 n R konvergiert gegen 0. +1, 1, +1, 1, +1,...(d.h. a n = ( 1) n ) divergiert. Die Folge 1, 1 + 1 2, 1 + 1 2 + 1 4, 1 + 1 2 + 1 4 + 1 8,..., n ( d.h. a n = 1 ) k 2, konvergiert gegen 2. k=0

Allgemein nennt man eine Folge der Form a n = n k=0 eine (unendliche) Reihe und nennt den Ausdruck b k := lim k=0 n k=0 b k n b k oder b 0 + b 1 + b 2 +... konvergent gegen a wenn die Folge der Partialsummen a n gegen a konvergiert. Man nennt dann a auch den Wert dieses Ausdrucks.

Satz (ohne Beweis): Eine Folge a n in R d konvergiert genau dann (dann und nur dann) gegen a R d, wenn in R jede Komponente a n,i gegen a i konvergiert. ( Konvergenz gilt komponentenweise. ) Da sich eine Folge als Funktion a : N R auffassen lässt, ist sie genau dann beschränkt, wenn es ein r > 0 gibt, so dass r a n r für alle Folgenglieder a n gilt. Satz (ohne Beweis): Jede konvergente Folge in R d ist beschränkt. Folgerungen: Die Fibonacci-Folge divergiert. Die Folge 0, 2, 4, 6,... der geraden Zahlen divergiert. Bemerkung: Es gibt zwei Arten zu divergieren: entweder ins Unendliche, oder beschränkt (rastloses Umherlaufen wie +1, 1, +1, 1,...).

Satz (ohne Beweis): Ist eine Folge monoton und beschränkt, so konvergiert sie. Satz (ohne Beweis): Wenn für die Zahlenfolgen a n,b n und c n gilt a n b n c n sowie a n a und c n a, dann gilt auch b n a. Satz (ohne Beweis): Wenn die Folgen a n,b n R d konvergieren, a n a und b n b, dann konvergieren auch die Summen, a n + b n a + b, und die Vielfachen, λa n λa ( λ R) Sind a n,b n R Zahlenfolgen (statt Vektoren), dann konvergieren auch die Produkte, a n b n ab.

Definition Fourierreihen Obertöne Geometrische Reihe Definition: Eine Funktion f : D R d mit D R m heißt stetig, wenn für jede konvergente Folge a n a mit a n D,a D gilt f(a n ) f(a).

Definition Fourierreihen Obertöne Geometrische Reihe : Die Heaviside-Funktion θ(x) = { 1 falls x 0 0 falls x < 0 ist nicht stetig, weil die Folge a n = 1 n gegen a = 0 konvergiert, aber f(a n ) = 0 für alle n, während f(a) = 1. sin, cos, arctan, exp sind stetig auf R arcsin, arccos sind stetig auf [ 1,1] log, x x α sind stetig auf auf D = R + = (0, ), x Ax, x x sind stetig auf D = R m. Merke: Anschaulich ist eine Funktion R R stetig, wenn man ihren Graphen zeichnen kann, ohne abzusetzen.

Definition Fourierreihen Obertöne Geometrische Reihe Satz über Fourierreihen (ohne Beweis): Ist f : R R stetig und periodisch mit Periodenlänge T, dann gibt es reelle Zahlen c 0,c 1,c 2,... 0 und ϕ 1,ϕ 2,... [0,2π) so, dass f(t) = c 0 + für alle t R, wobei ω = 2π T. c k sin(kωt + ϕ k ) k=1 Die rechte Seite heißt die Fourier-Reihe von f.

Definition Fourierreihen Obertöne Geometrische Reihe Anwendung: Obertonreihe in der Akustik Ton (Schwankung des Luftdrucks): Überlagerung harmonischer Schwingungen der Form sin(ωt + ϕ) Frequenzen: ganzzahlige Vielfache der Grundfrequenz, d.h. c k sin(kωt + ϕ k ). Term mit k = 1: Grundton Terme mit k 2: Obertöne c k heißt Amplitude, ϕ k die Phasenverschiebung c 2 k ist die Intensität (Energieinhalt) der k-ten Oberschwingung

Definition Fourierreihen Obertöne Geometrische Reihe Satz: Die geometrische Folge a n = q n, q R konvergiert genau dann, wenn 1 < q 1; für q = 1 konvergiert sie gegen 1, für q < 1 gegen 0. Satz: Die geometrische Reihe q k = 1 + q + q 2 + q 3 +... k=0 mit q R konvergiert gegen und divergiert andernfalls. 1, wenn q < 1, 1 q