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@@ -59,9 +59,10 @@
axis lines=middle, axis lines=middle,
enlargelimits={abs=0.2}, enlargelimits={abs=0.2},
ymax=1, ymax=1,
ymin=0
ymin=0,
xmax=1.1,
] ]
\addplot[domain=0:1.1,samples=1000,smooth,red] {(and(x>=0 , x<1) * 0 + (and(x>=1, x< 10) * 1};
\addplot[domain=0:1.001,samples=1000,red] {(and(x>=0 , x<1) * 0 + (and(x>=1, x< 10) * 1};
\end{axis} \end{axis}
\end{tikzpicture} \end{tikzpicture}
\caption{$f_n(x) = x^{n}$ und ihre Grenzfunktion} \caption{$f_n(x) = x^{n}$ und ihre Grenzfunktion}
@@ -125,7 +126,7 @@
ymin=-0.4, ymin=-0.4,
] ]
\addplot[domain=0:1.1,samples=50,smooth,dashed, blue] {0.3}; \addplot[domain=0:1.1,samples=50,smooth,dashed, blue] {0.3};
\addplot[domain=0:1.001,samples=1000,smooth,red] {(and(x>=0 , x<1) * 0 + (and(x>=1, x< 10) * 1};
\addplot[domain=0:1.001,samples=1000,red] {(and(x>=0 , x<1) * 0 + (and(x>=1, x< 10) * 1};
\addplot[domain=0:1,samples=50,smooth,blue] {x^8}; \addplot[domain=0:1,samples=50,smooth,blue] {x^8};
\addplot[domain=0:1.1,samples=50,smooth,dashed, blue] {-0.3}; \addplot[domain=0:1.1,samples=50,smooth,dashed, blue] {-0.3};
\end{axis} \end{axis}


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@@ -62,7 +62,7 @@ Jetzt: Fourier Analysis!
\end{definition} \end{definition}


\begin{definition}[Skalarprodukt] \begin{definition}[Skalarprodukt]
Sei $V$ Vektorraum über $\mathbb{K}$. Die Abbildung $<\cdot, \cdot >\colon V \times V \to \mathbb{K}$
Sei $V$ Vektorraum über $\mathbb{K}$. Die Abbildung $\langle\cdot, \cdot \rangle\colon V \times V \to \mathbb{K}$
heißt Skalarprodukt auf $V$, falls $\forall u, v, w \in V$ und $\alpha \in \mathbb{K}$ gilt: heißt Skalarprodukt auf $V$, falls $\forall u, v, w \in V$ und $\alpha \in \mathbb{K}$ gilt:
\begin{enumerate}[(S1)] \begin{enumerate}[(S1)]
\item $\langle v, u\rangle = \overline{\langle u, v\rangle}$ (Symmetrie, \item $\langle v, u\rangle = \overline{\langle u, v\rangle}$ (Symmetrie,
@@ -150,7 +150,7 @@ Jetzt: Fourier Analysis!


\begin{definition}[Konvergenz im Quadratischen Mittel ($L^2$-Konvergenz)] \begin{definition}[Konvergenz im Quadratischen Mittel ($L^2$-Konvergenz)]
Seien $f_n \in R[a,b], n \in \N, f \in R[a,b]$. $f_n$ konvergiert gegen $f$ im Quadratischen Seien $f_n \in R[a,b], n \in \N, f \in R[a,b]$. $f_n$ konvergiert gegen $f$ im Quadratischen
Mittel $f_n \xrightarrow[L^2]{n \to \infty}$, wenn gilt
Mittel $f_n \xrightarrow[L^2]{n \to \infty}f$, wenn gilt
\[ \[
\Vert f_n - f \Vert_{L^2} \xrightarrow{n \to \infty} 0 \Vert f_n - f \Vert_{L^2} \xrightarrow{n \to \infty} 0
.\] Das heißt, dass die quadratische Abweichung zwischen $f_n$ und $f$ gegen Null konvergiert: .\] Das heißt, dass die quadratische Abweichung zwischen $f_n$ und $f$ gegen Null konvergiert:


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@@ -199,7 +199,7 @@
\left.\gamma\right|_{[s_{i-1}, s_i]} \in C^1([s_{i-1},s_i], \R^n),\quad \forall i = 1, \dots, M. \left.\gamma\right|_{[s_{i-1}, s_i]} \in C^1([s_{i-1},s_i], \R^n),\quad \forall i = 1, \dots, M.
\] \]
Dann ist $\gamma$ rektifizierbar und hat die Länge \[S(\gamma) = \int_a^b \norm{\gamma'(t)}_2\d t = \sum_{i = 1}^{M}\int_{s_{i-1}}^{s_i} \norm{\gamma'(t)}_2 \d t.\] Dann ist $\gamma$ rektifizierbar und hat die Länge \[S(\gamma) = \int_a^b \norm{\gamma'(t)}_2\d t = \sum_{i = 1}^{M}\int_{s_{i-1}}^{s_i} \norm{\gamma'(t)}_2 \d t.\]
Insbesondere hat der Graph einer $C_1$-Funktion $f\in C^1([a,b], \R), \ \gamma_f(t)\coloneqq (t, f(t))^T$ die Länge \[S(\gamma_f) = \int_a^b \sqrt{1 + f'(t)^2} \d t.\]
Insbesondere hat der Graph einer $C^1$-Funktion $f\in C^1([a,b], \R), \ \gamma_f(t)\coloneqq (t, f(t))^T$ die Länge \[S(\gamma_f) = \int_a^b \sqrt{1 + f'(t)^2} \d t.\]
\end{satz} \end{satz}
\begin{proof} \begin{proof}
Sei $\mathcal{Z} = \{t_0, \dots, t_N\}$ eine Partition, betrachte $\mathcal{Z}^* = \mathcal{Z} \cup \{s_0,\dots, s_M\} = \{x_0,\dots, x_K\}$. Dann gilt Sei $\mathcal{Z} = \{t_0, \dots, t_N\}$ eine Partition, betrachte $\mathcal{Z}^* = \mathcal{Z} \cup \{s_0,\dots, s_M\} = \{x_0,\dots, x_K\}$. Dann gilt


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@@ -219,8 +219,8 @@
Dann ist $\gamma$ ein geschlossener Integrationsweg, also folgt Dann ist $\gamma$ ein geschlossener Integrationsweg, also folgt
\begin{salign*} \begin{salign*}
0 &= \int_{\gamma}^{} F \\ 0 &= \int_{\gamma}^{} F \\
&= \int_{-1}^{0} (F(\gamma_1(t)), \gamma_1'(t)) \d t + \int_{0}^{1} (F(\gamma_2(-t), - \gamma_2'(-t)) \d t \\
&\stackrel{s \coloneqq -t}{=} \int_{\gamma_1}^{} F + \int_{0}^{-1} (F(\gamma_2(s)), \gamma_2'(s) \d s \\
&= \int_{-1}^{0} (F(\gamma_1(t)), \gamma_1'(t)) \d t + \int_{0}^{1} (F(\gamma_2(-t)), - \gamma_2'(-t)) \d t \\
&\stackrel{s \coloneqq -t}{=} \int_{\gamma_1}^{} F + \int_{0}^{-1} (F(\gamma_2(s)), \gamma_2'(s)) \d s \\
&= \int_{\gamma_1}^{} F - \int_{\gamma_2}^{} F &= \int_{\gamma_1}^{} F - \int_{\gamma_2}^{} F
.\end{salign*} .\end{salign*}


@@ -256,7 +256,7 @@
\int_{\gamma} F = \varphi(x) - \varphi(x_0) \int_{\gamma} F = \varphi(x) - \varphi(x_0)
.\] Damit folgt .\] Damit folgt
\[ \[
\varphi(x) - \varphi(x_0) = \varphi_0(x) \implies \varphi(x) = \varphi_0(x) + \underbrace{\varphi(x_0)}_{\text{konst}} = \varphi_0(x) + c
\varphi(x) - \varphi(x_0) = \varphi_0(x) \implies \varphi(x) = \varphi_0(x) + \underbrace{\varphi(x_0)}_{\text{konst.}} = \varphi_0(x) + c
.\] .\]
\end{proof} \end{proof}




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@@ -31,7 +31,7 @@
.\] mit z.B. $\gamma(t) \coloneqq t \begin{pmatrix} x \\ y \end{pmatrix} $, $t \in [0,1]$. .\] mit z.B. $\gamma(t) \coloneqq t \begin{pmatrix} x \\ y \end{pmatrix} $, $t \in [0,1]$.
Dann gilt Dann gilt
\begin{salign*} \begin{salign*}
\int_{\gamma} F &= \int_{0}^{1} \left( F(\gamma(t), \gamma'(t) \right) \d t \\
\int_{\gamma} F &= \int_{0}^{1} \left( F(\gamma(t)), \gamma'(t) \right) \d t \\
&= \int_{0}^{1} \left( \begin{pmatrix} ty \\ tx \end{pmatrix} , \begin{pmatrix} x \\ y \end{pmatrix} \right) \d t \\ &= \int_{0}^{1} \left( \begin{pmatrix} ty \\ tx \end{pmatrix} , \begin{pmatrix} x \\ y \end{pmatrix} \right) \d t \\
&= \int_{0}^{1} \left( t y x + tx y \right) \d t \\ &= \int_{0}^{1} \left( t y x + tx y \right) \d t \\
&= \int_{0}^{1} 2 t x y \d t \\ &= \int_{0}^{1} 2 t x y \d t \\
@@ -87,24 +87,24 @@ Die Integrabilitätsbedingungen sind nicht hinreichend.
Kurven. Kurven.
\begin{enumerate}[(i)] \begin{enumerate}[(i)]
\item Es gelte $\gamma_0(a) = A = \gamma_1(a)$ und \item Es gelte $\gamma_0(a) = A = \gamma_1(a)$ und
$\gamma_0(b) = B = \gamma_1(b)$. $y_0$ und $y_1$ heißen \underline{homotop} in $D$, falls
$\gamma_0(b) = B = \gamma_1(b)$. $\gamma_0$ und $\gamma_1$ heißen \underline{homotop} in $D$, falls
eine stetige Abbildung $H\colon [a,b] \times [0,1] \to D$ (Homotopie) existiert, s.d. eine stetige Abbildung $H\colon [a,b] \times [0,1] \to D$ (Homotopie) existiert, s.d.
$H(t, 0) = \gamma_0(t)$ und $H(t,1) = \gamma_1(t)$, $\forall t \in [a,b]$ und
$H(t, 0) = \gamma_0(t)$ und $H(t,1) = \gamma_1(t)$, $\forall t \in [a,b]$ sowie
$H(a, s) = A$ und $H(b,s) = B$, $\forall s \in [0,1]$. $H(a, s) = A$ und $H(b,s) = B$, $\forall s \in [0,1]$.


Für $s \in [0,1]$ sind Für $s \in [0,1]$ sind
$\gamma_s^{(t)} \coloneqq H(t,s)$, $t \in [a,b]$ mit $\gamma_s(a) = A$ und $\gamma_s(b) = B$
$\gamma_s(t) \coloneqq H(t,s)$, $t \in [a,b]$ mit $\gamma_s(a) = A$ und $\gamma_s(b) = B$
stetige Kurven von $A$ nach $B$ in $D$. $H$ heißt stetige Deformation von $\gamma_0$ nach stetige Kurven von $A$ nach $B$ in $D$. $H$ heißt stetige Deformation von $\gamma_0$ nach
$\gamma_1$. $\gamma_1$.
\item $\gamma_0$ und $\gamma_1$ seien geschlossen. $\gamma_0$ und $\gamma_1$ heißen \item $\gamma_0$ und $\gamma_1$ seien geschlossen. $\gamma_0$ und $\gamma_1$ heißen
\underline{frei homotop} in $D$ falls eine stetige Abbildung
$H\colon [a,b] \times [0,1] \to D$ mit $H(t,0) = \gamma_0(t)$, $\forall t \in [a,b]$ und
$H(a,s) = H(b,s)$, $\forall x \in [0,1]$ d.h. für $s \in [0,1]$ sind $\gamma_s(t) \coloneqq H(t,s)$
geschlossene Kurven in $D$.
\underline{frei homotop} in $D$, falls eine stetige Abbildung
$H\colon [a,b] \times [0,1] \to D$ existiert mit $H(t,0) = \gamma_0(t)$ und $H(t,1) = \gamma_1(t)$, $\forall t \in [a,b]$ und
$H(a,s) = H(b,s)$, $\forall s \in [0,1]$, d.h. für $s \in [0,1]$ ist $\gamma_s(t) \coloneqq H(t,s)$
eine geschlossene Kurve in $D$.


$H$ heißt stetige Deformation innerhalb von $D$ der $H$ heißt stetige Deformation innerhalb von $D$ der
geschlossenen Kurve $\gamma_0$ nach der geschlossenen Kurve $\gamma_1$. geschlossenen Kurve $\gamma_0$ nach der geschlossenen Kurve $\gamma_1$.
\item Eine geschlossene Kurve heißt zusammenziehbar in $D$, wenn sie frei homotop zu
\item Eine geschlossene Kurve heißt \underline{zusammenziehbar} in $D$, wenn sie frei homotop zu
einer konstanten Kurve ist, d.h. sie sich in $D$ zu einem Punkt zusammenziehen lässt. einer konstanten Kurve ist, d.h. sie sich in $D$ zu einem Punkt zusammenziehen lässt.
\end{enumerate} \end{enumerate}
\end{definition} \end{definition}
@@ -134,7 +134,7 @@ Die Integrabilitätsbedingungen sind nicht hinreichend.


\begin{satz}[Zweiter Hauptsatz der Kurvenintegrale: Homotopieinvarianz] \begin{satz}[Zweiter Hauptsatz der Kurvenintegrale: Homotopieinvarianz]
Sei $D \subseteq \R^{n}$ offen, $F \in C^{1}(D, \R^{n})$ erfülle Sei $D \subseteq \R^{n}$ offen, $F \in C^{1}(D, \R^{n})$ erfülle
die Integrabilitätsbedingungen und $\gamma_0, \gamma_1 \colon [a,b] \to D$ Integrationswege.
die Integrabilitätsbedingungen und seien $\gamma_0, \gamma_1 \colon [a,b] \to D$ Integrationswege.


Sind $\gamma_0$ und $\gamma_1$ homotop in $D$ mit gemeinsamem Anfangs- und Endpunkt oder Sind $\gamma_0$ und $\gamma_1$ homotop in $D$ mit gemeinsamem Anfangs- und Endpunkt oder
geschlossen und frei homotop in $D$, dann gilt geschlossen und frei homotop in $D$, dann gilt


BIN
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