Häufungspunkte Folgen und Reihen?

Guten Tag,

zur Mathematik-Vorlesungsnachbereitung habe ich eine Frage. Es geht um Häufungspunkte von Folgen und Reihen im Rahmen von der Untersuchung von Grenzwerten etc.

Folgende Zusammenfassung habe ich mir selbst geschrieben, die noch sehr schwammig formuliert sein kann und evtl. Fehler aufweist:

"– Häufungspunkte (HP) –

Sei eine Folge an gegeben. Wenn ab einem bestimmten Punkt auf der Zahlengeraden sich die Zahlenwerte der Folgenglieder anhäufen, wobei gilt, dass im Intervall einer Folge: (1-Epsilon. 1+Epsilon) plötzlich alle ab einem gewissen Folgenglied an alle folgenden Folgeglieder in diesem Intervall liegen, so hat die Folge an  hier einen Häufungspunkt. Das Intervall kann hierbei beliebig klein werden. Dann wird irgendwann ein N Element n erreicht sein, sodass alle Folgeglieder im Intervall liegen werden. Erinnern wir uns an diese eine Eigenschaft in Verbindung zu dem Satz von Eudoxos und dem archimedischen Axiom: Epsilon>0 -> n>= 1+ Floorfunktion(1/Epsilon) Element der natürlichen Zahlen im Intervall. Hierbei erkennt man, dass wenn Epsilon kleiner wird, n zwingend größer werden muss!"

Im Vorlesungsskript sind HP folgend definiert: "Ist an Teilmenge von IR eine Folge, so heißt a Element IR Häufungspunkt von an, falls es eine Teilfolge von an gibt, die a als Grenzwert besitzt ".

Müssen wir jede Folge also beim Untersuchen in Teilfolgen splitten, um zu jeder Teilfolge von an ein individuelles a zu finden?

Leider kann ich hier keine mathematische Schreibweise adäquat verwenden.

Hierbei schon eine kleine Frage: Gilt diese mathematische Beschreibung "Epsilon>0 -> n>= 1+ Floorfunktion(1/Epsilon) Element der natürlichen Zahlen im Intervall" nur für Nullfollgen?

Nun ist die Frage, wie bestimmt man durch vollständigen Beweis die Häufungspunkte?

Hierbei ist es auch spannend, da nun bisher folgende Sachen durchgenommen worden sind:

  • Häufungspunkt
  • Grenzwert
  • Cauchy-Folge
  • Beschränktheit (Supremum, Infimum, ...)

Kann ich diese verschiedenen Definitionen als jene vielfältige Möglichkeiten verstehen, die es uns ermöglichen, Rückschlüsse auf Konvergenz/Divergenz zu ziehen? Alles führt ja in etwa auf das selbe hinaus, wenn auch manchmal nicht hinreichend genug.

Es handelt sich hierbei nicht um eine Diff/AGLA Vorlesung eines reinen Mathematikstudiums, eventuell unterscheidet sich hierbei die Detailtiefe. Es geht um das Physikstudium deren Mathematiktiefe.

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wobei gilt, dass im Intervall einer Folge: (1-Epsilon. 1+Epsilon) plötzlich ab einem gewissen Folgenglied an alle folgenden Folgeglieder in diesem Intervall liegen, so hat die Folge an hier einen Häufungspunkt

Das ist der Spezialfall, in dem es nur einen Häufungspunkt gibt. In diesem Fall ist die Folge konvergent (gegen diesen Häufungspunkt). Folgen können aber durchaus mehrere Häufungspunkte besitzen, die allgemeine Definition lautet dann ungefähr:

wobei gilt, dass im Intervall einer Folge: (1-Epsilon. 1+Epsilon) plötzlich alle ab einem gewissen Folgenglied a_N unendlich viele Folgeglieder in diesem Intervall liegen, so hat die Folge an hier einen Häufungspunkt

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Hierbei schon eine kleine Frage: Gilt diese mathematische Beschreibung "Epsilon>0 -> n>= 1+ Floorfunktion(1/Epsilon) Element der natürlichen Zahlen im Intervall" nur für Nullfollgen?

Könntest Du vielleicht nochmal erklären, was Du damit genau meinst?

Nun ist die Frage, wie bestimmt man durch vollständigen Beweis die Häufungspunkte?

So, wie Du es erklärt hast. Zerlege die Folge in Teilfolgen und zeige, dass diese konvergieren.

Kann ich diese verschiedenen Definitionen als jene vielfältige Möglichkeiten verstehen, die es uns ermöglichen, Rückschlüsse auf Konvergenz/Divergenz zu ziehen? 

Definitiv!

  • Häufungspunkt: Hat eine Folge keinen oder mehr als einen Häufungspunkt, dann ist sie divergent.
  • Grenzwert: Existenz des Grenzwertes und Konvergenz der Folge sind äquivalent.
  • Cauchy-Folge: In R konvergiert jede Cauchy-Folge.
  • Beschränktheit: Ist notwendig, aber nicht hinreichend für die Konvergenz. Das heißt aber auch: Ist eine Folge nicht beschränkt, so ist sie divergent.
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Zur Verdeutlichung der Notation:

ist eine Zahl, die von n abhängt.

Wie immer, zuerst der Induktionsanfang (a.k.a. Induktionsverankerung): Wie sieht

für n = 1 aus?

Also existiert eine solche Zahl für n = 1, nämlich  Kannst Du als nächstes die Induktionsannahme formulieren?

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Wir nehmen an dass A und B gelten, und schließen daraus C.

Wir wählen x so, dass

Ein solches x existiert nach A.

Da a(x), folgt aus B

Also gilt für x:



Also ist C wahr und folgt aus A und B.

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Bei (i) zum Beispiel:

Sei

Dann gilt

usw.

Wenn Du die Aussage mit Hilfe der Boolschen Logik weiter richtig umformst, landest Du am Ende bei

was beweist, dass die Menge auf der linken Seite der Gleichung in der Menge auf der rechten Seite enthalten ist.

Als nächstes nimmst Du umgekehrt an, dass

und formst diesen Ausdruck wieder um, bis Du bei der linken Seite ankommen bist.

Dann ist gezeigt, dass auch die rechte Menge in der linken Menge enthalten ist.

Und damit ist die Gleichheit beider Mengen bewiesen.

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Vielleicht hilft diese Integraltafel.

In Kapitel 6 gibt es auch einiges zu Bessel-Funktionen.

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Die partielle Ableitung wird nach der gefragten Variable gebildet, während alle anderen Variablen als Konstanten behandelt werden.

z.B.



a, t und y werden als Konstanten behandelt, also ist der rechte Summand gleich 0. Es bleibt



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Ja, auch Potenzfunktionen haben diese "Vektoreigenschaft".

Wenn man Potenzfunktionen addiert oder mit einem Skalar multipliziert erhält man wieder eine Potenzfunktion.

Lineare und Quadratische Funktionen sind ja wiederum Polynome.

Mengen, die diese Eigenschaft besitzen, bezeichnet man übrigens als Vektorraum.

Darüber hinaus gibt es Vektorräume mit speziellen Eigenschaften. Für zwei reelle Vektoren lässt sich z.B. ein Skalarprodukt definieren. Tatsächlich gibt es auch Skalarprodukte für bestimmte Funktionenräume, z.B. für reelle Funktionen, die quadratisch integrierbar und beschränkt sind (siehe hier). Solche Vektorräume mit Skalarprodukt bezeichnet man als Hilbertraum.

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Hallo Svantje,

Deine Lösungen sind größtenteils richtig.

Aufgabe 1

a) ✔️ b) ✔️

Probe gerechnet ✔️

Aufgabe 2

a) ✔️ b) ✔️

Darfst Du hier den Taschenrechner verwenden? Kannst Du das auch von Hand lösen?

Aufgabe 3

a) ✔️ b) ✔️ c) ✔️ d) ✔️

Aufgabe 4

a) ✔️

b) Den Mittelpunkt hast Du richtig berechnet, die Höhe stimmt nicht. Stünde die Pyramide gerade, wäre es korrekt. Denk nochmal drüber nach welche Strecke Du hier berechnen musst.

c) Falsch. Du möchtest hier einen Winkel in einem rechtwinkligen Dreieck berechnen, von dem Du schon zwei der Seitenlängen kennst. Du brauchst dafür gar kein Skalarprodukt.

Sonst hast Du alles sorgfältig und verständlich aufgeschrieben. Mach Deine Hausaufgaben immer so ordentlich, nicht nur wenn sie benotet werden.

Dann sehe ich keinen Grund warum Mathe nicht doch noch Dein Lieblingsfach werden könnte 😉

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Manchmal klappt es mit partieller Integration, manchmal durch Substitution, manchmal wird man in Integraltafeln fündig oder stellt fest dass die Integrantin eine besondere (bekannte) Form hat, oder es gelingt durch wildes Herumprobieren.

Und manchmal ist (oder bleibt) unklar, ob überhaupt eine Stammfunktion existiert.

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So wie es da steht kommt +476 raus.

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Wie wäre es mit Double Tracking? Spiele das Stück nochmal ein, lege es leise und mit viel Hall auf einer anderen Spur in den Hintergrund.

Hier sind ein paar Beispiele.

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Einen Hard Tab macht man, indem man tatsächlich auf die TAB-Taste drückt.

Soft Tabs hingegen bestehen aus einer festgelegten Anzahl von Leerzeichen.

(Edit: Die Beispiele funktionieren hier mit dem Editor nicht so wirklich)

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