| @@ -294,11 +294,31 @@ Fragestellung: Sei $f \colon D\subset \R^n \to \R^n$. Existiert die Umkehrabbild | |||||
| \end{satz} | \end{satz} | ||||
| \begin{proof} | \begin{proof} | ||||
| Sei $\hat x \in D$ und $\hat y \coloneqq f(\hat x)\in f(D)$. | Sei $\hat x \in D$ und $\hat y \coloneqq f(\hat x)\in f(D)$. | ||||
| \begin{figure} | |||||
| \centering | |||||
| \begin{tikzpicture} | |||||
| \coordinate (x) at (-.5,-.5); | |||||
| \coordinate (y) at (5.5,-.5); | |||||
| \draw[color = black] (0,0) circle (2cm); | |||||
| \node at (0,1.5) {$D$}; | |||||
| \draw[thick, color = red] (x) circle (1cm); | |||||
| \draw[color = blue, fill = blue!20!white] (-.5,-.5) circle (.7cm); | |||||
| \node[color = red] at (1,0) {$U(\hat x)$}; | |||||
| \draw[->] (2,0) -- node[pos = 0.6, above] {$f$} (4,0); | |||||
| \draw[color = black] (6,0) circle (2cm); | |||||
| \node at (6,1.5) {$f(D)$}; | |||||
| \draw[thick, color = red, fill = blue!20!white] (y) circle (1cm); | |||||
| \node[color = red] at (7,0) {$U(\hat y)$}; | |||||
| \node[color = blue] at (-.6,-.2) {$V(\hat x)$}; | |||||
| \node [fill=black,inner sep=1pt,circle,label=-45:$\hat x$] at (x) {}; | |||||
| \node [fill=black,inner sep=1pt,circle,label=0:$\hat y$] at (y) {}; | |||||
| \end{tikzpicture} | |||||
| \end{figure} | |||||
| Betrachte $F \colon \R^n \times D \to \R^n, F(y,x) = y-f(x)$. Für $(\hat x, \hat y)$ gilt $F(\hat y, \hat x) = 0$. Die Jacobimatrix $D_xF(y,x) = -J_f(x)$ ist regulär in $\hat x$. Mit Vertauschung von $x$ und $y$ folgt aus dem Satz über implizite Funktionen, dass Umgebungen $U(\hat y)$, $U(\hat x)$ und genau eine stetig differenzierbare Abbildung $g:U(\hat y) \to U(\hat x)$ existieren, sodass $\forall y \in U(\hat y)$ | Betrachte $F \colon \R^n \times D \to \R^n, F(y,x) = y-f(x)$. Für $(\hat x, \hat y)$ gilt $F(\hat y, \hat x) = 0$. Die Jacobimatrix $D_xF(y,x) = -J_f(x)$ ist regulär in $\hat x$. Mit Vertauschung von $x$ und $y$ folgt aus dem Satz über implizite Funktionen, dass Umgebungen $U(\hat y)$, $U(\hat x)$ und genau eine stetig differenzierbare Abbildung $g:U(\hat y) \to U(\hat x)$ existieren, sodass $\forall y \in U(\hat y)$ | ||||
| \[ | \[ | ||||
| 0 = F(y,g(y)) = y-f(g(y)), \implies \exists! x = g(y)\in U(\hat x) \text{ mit } y= f(x) | 0 = F(y,g(y)) = y-f(g(y)), \implies \exists! x = g(y)\in U(\hat x) \text{ mit } y= f(x) | ||||
| \] | \] | ||||
| Setze dann \[V(\hat x) \coloneqq U(\hat x) \cap f^{-1}(U(\hat y)) = \{ x\in U(\hat x)\mid f(x) \in U(\hat)y\}.\] | |||||
| Setze dann \[V(\hat x) \coloneqq U(\hat x) \cap f^{-1}(U(\hat y)) = \{ x\in U(\hat x)\mid f(x) \in U(\hat y)\}.\] | |||||
| Da $U(\hat x)$ und $f^{-1}(U(\hat y))$ offen sind, ist auch $V(\hat x)$ offen. Daher ist $f\colon V(\hat x)\to U(\hat y)$ bijektiv und die Umkehrabbildung $f^{-1}\colon U(\hat y) \to V(\hat x)$ ist gerade $g$. | Da $U(\hat x)$ und $f^{-1}(U(\hat y))$ offen sind, ist auch $V(\hat x)$ offen. Daher ist $f\colon V(\hat x)\to U(\hat y)$ bijektiv und die Umkehrabbildung $f^{-1}\colon U(\hat y) \to V(\hat x)$ ist gerade $g$. | ||||
| \begin{align*} | \begin{align*} | ||||
| J_{f\circ f^{-1}}(\cdot) = J_{\mathrm{id}}(\cdot) &= \mathbb{I} | J_{f\circ f^{-1}}(\cdot) = J_{\mathrm{id}}(\cdot) &= \mathbb{I} | ||||