| @@ -333,7 +333,7 @@ Wichtige Frage: Wenn $f_n \to f$, gilt dann auch $\int_{a}^{b} f_n \to \int_{a}^ | |||||
| .\end{align*} | .\end{align*} | ||||
| \end{proof} | \end{proof} | ||||
| \begin{korrolar}[Integration von Potenzreihen] | |||||
| \begin{korollar}[Integration von Potenzreihen] | |||||
| Es sei $\sum_{n=0}^{\infty} a_n(x - x_0)^{n}$ eine reelle Potenzreihe mit Konvergenzradius $\rho > 0$. | Es sei $\sum_{n=0}^{\infty} a_n(x - x_0)^{n}$ eine reelle Potenzreihe mit Konvergenzradius $\rho > 0$. | ||||
| Dann konvergiert $\sum_{n=0}^{\infty} a_n (x - x_0)^{n}$ in jedem Intervall | Dann konvergiert $\sum_{n=0}^{\infty} a_n (x - x_0)^{n}$ in jedem Intervall | ||||
| $[x_0 - r, x_0 + r]$ für $0 < r < \rho$ gleichmäßig und für $[a,b] \subset \;]x_0 - \rho, x_0 + \rho[$ gilt | $[x_0 - r, x_0 + r]$ für $0 < r < \rho$ gleichmäßig und für $[a,b] \subset \;]x_0 - \rho, x_0 + \rho[$ gilt | ||||
| @@ -341,7 +341,7 @@ Wichtige Frage: Wenn $f_n \to f$, gilt dann auch $\int_{a}^{b} f_n \to \int_{a}^ | |||||
| \int_{a}^{b} \sum_{n=0}^{\infty} a_n(x - x_0)^{n} dx = \sum_{n=0}^{\infty} \frac{a_n}{n+1}(x-x_0)^{n+1} | \int_{a}^{b} \sum_{n=0}^{\infty} a_n(x - x_0)^{n} dx = \sum_{n=0}^{\infty} \frac{a_n}{n+1}(x-x_0)^{n+1} | ||||
| \Big|_{a}^{b} | \Big|_{a}^{b} | ||||
| .\] | .\] | ||||
| \end{korrolar} | |||||
| \end{korollar} | |||||
| \begin{proof} | \begin{proof} | ||||
| Nur die gleichmäßige Konvergenz für $| x - x_0| \le r$ ist zu beweisen: Für $|x - x_0| \le r$, $r < \rho$ gilt: | Nur die gleichmäßige Konvergenz für $| x - x_0| \le r$ ist zu beweisen: Für $|x - x_0| \le r$, $r < \rho$ gilt: | ||||
| @@ -67,9 +67,9 @@ Erinnerung (Analysis 1) $f \colon D \to \R,\; D \subset \R$, ist genau dann in $ | |||||
| Also ist $f$ differenzierbar und $Df(x) = \nabla^Tf(x)$. | Also ist $f$ differenzierbar und $Df(x) = \nabla^Tf(x)$. | ||||
| \end{enumerate} | \end{enumerate} | ||||
| \end{proof} | \end{proof} | ||||
| \begin{korrolar} | |||||
| \begin{korollar} | |||||
| stetig partiell differenzierbar $\implies$ (total) differenzierbar $\implies$ partiell differenzierbar. Die umgekehrten Implikationen gelten im Allgemeinen nicht. | stetig partiell differenzierbar $\implies$ (total) differenzierbar $\implies$ partiell differenzierbar. Die umgekehrten Implikationen gelten im Allgemeinen nicht. | ||||
| \end{korrolar} | |||||
| \end{korollar} | |||||
| \begin{lemma}[Richtungsableitung]\label{lemma:richtungsableitung} | \begin{lemma}[Richtungsableitung]\label{lemma:richtungsableitung} | ||||
| Sei $D\in \R^n$ offen, $f \colon D \to \R$ im Punkt $x\in D$ differenzierbar. Dann gilt $\forall v \in \R^n$ mit $\norm{v}_2 = 1$ existiert die Ableitung in Richtung $v$ (sog. \underline{Richtungsableitung}) | Sei $D\in \R^n$ offen, $f \colon D \to \R$ im Punkt $x\in D$ differenzierbar. Dann gilt $\forall v \in \R^n$ mit $\norm{v}_2 = 1$ existiert die Ableitung in Richtung $v$ (sog. \underline{Richtungsableitung}) | ||||
| \[\pdv{f}{v}(x) \coloneqq \lim\limits_{t\searrow 0} \frac{f(x + tv) - f(x)}{t}\] und \[\pdv{f}{v}(x) = (\nabla f(x), v)_2\] | \[\pdv{f}{v}(x) \coloneqq \lim\limits_{t\searrow 0} \frac{f(x + tv) - f(x)}{t}\] und \[\pdv{f}{v}(x) = (\nabla f(x), v)_2\] | ||||
| @@ -87,11 +87,11 @@ Erinnerung (Analysis 1) $f \colon D \to \R,\; D \subset \R$, ist genau dann in $ | |||||
| &= (\nabla f(x),v)_2 | &= (\nabla f(x),v)_2 | ||||
| \end{salign*} | \end{salign*} | ||||
| \end{proof} | \end{proof} | ||||
| \begin{korrolar} | |||||
| \begin{korollar} | |||||
| Sei $\nabla f(x) \neq 0$. Dann ist der Winkel $\theta$ zwischen zwei Vektoren $v\in \R^n$ und $\nabla f(x) \in \R^n$ definiert durch \[\cos(\theta) = \frac{(\nabla f(x), v)_2}{\norm{\nabla f(x)}_2\cdot \norm{v}_2}.\] | Sei $\nabla f(x) \neq 0$. Dann ist der Winkel $\theta$ zwischen zwei Vektoren $v\in \R^n$ und $\nabla f(x) \in \R^n$ definiert durch \[\cos(\theta) = \frac{(\nabla f(x), v)_2}{\norm{\nabla f(x)}_2\cdot \norm{v}_2}.\] | ||||
| Damit gilt für $\norm{v}_2 = 1$ \[\pdv{f}{v}(x) \oldstackrel{\text{Lemma } \ref{lemma:richtungsableitung}}{=} (\nabla f, v)_2 = \norm{\nabla f(x)}_2 \cdot \norm{v}_2 \cdot \cos(\theta) \oldstackrel{\norm{v}_2 =1}{=} \norm{\nabla f(x)}_2 \cdot \cos(\theta)\] | Damit gilt für $\norm{v}_2 = 1$ \[\pdv{f}{v}(x) \oldstackrel{\text{Lemma } \ref{lemma:richtungsableitung}}{=} (\nabla f, v)_2 = \norm{\nabla f(x)}_2 \cdot \norm{v}_2 \cdot \cos(\theta) \oldstackrel{\norm{v}_2 =1}{=} \norm{\nabla f(x)}_2 \cdot \cos(\theta)\] | ||||
| $\pdv{f}{v}(x)$ wird maximal, wenn $\cos(\theta) = 1$, also wenn $v$ und $\nabla f(x)$ die gleiche Richtung haben: d.h. der Vektor $\nabla f(x)$ ist die Richtung des stärksten Anstiegs von $f$ im Punkt $x$. | $\pdv{f}{v}(x)$ wird maximal, wenn $\cos(\theta) = 1$, also wenn $v$ und $\nabla f(x)$ die gleiche Richtung haben: d.h. der Vektor $\nabla f(x)$ ist die Richtung des stärksten Anstiegs von $f$ im Punkt $x$. | ||||
| \end{korrolar} | |||||
| \end{korollar} | |||||
| \begin{bem} | \begin{bem} | ||||
| \begin{enumerate} | \begin{enumerate} | ||||
| \item Es gibt Funktionen, für welche alle Richtungsableitungen existieren, die aber dennoch nicht (total) differenzierbar sind. | \item Es gibt Funktionen, für welche alle Richtungsableitungen existieren, die aber dennoch nicht (total) differenzierbar sind. | ||||
| @@ -77,7 +77,7 @@ | |||||
| $D \subset \mathbb{K}^{n}$ heißt \underline{konvex}, genau dann wenn: für alle $x,x' \in D$ und für alle $\lambda \in [0,1]$ gilt $\lambda \cdot x + (1-\lambda)x' \in D$. \\ | $D \subset \mathbb{K}^{n}$ heißt \underline{konvex}, genau dann wenn: für alle $x,x' \in D$ und für alle $\lambda \in [0,1]$ gilt $\lambda \cdot x + (1-\lambda)x' \in D$. \\ | ||||
| Geometrisch: für zwei Punkte in $D$ liegt die Verbindungsstrecke der beiden Punkte stets ganz in $D$. | Geometrisch: für zwei Punkte in $D$ liegt die Verbindungsstrecke der beiden Punkte stets ganz in $D$. | ||||
| \end{definition} | \end{definition} | ||||
| \begin{korrolar} | |||||
| \begin{korollar} | |||||
| Seien $D \subset \R^{n}$ offen, $f: D \to \R^{n}$ stetig differenzierbar. Sei $x \in D$ und $\varepsilon > 0$ sodass $K_{\varepsilon}(x) \subset D$. Dann gilt: | Seien $D \subset \R^{n}$ offen, $f: D \to \R^{n}$ stetig differenzierbar. Sei $x \in D$ und $\varepsilon > 0$ sodass $K_{\varepsilon}(x) \subset D$. Dann gilt: | ||||
| \begin{salign*} | \begin{salign*} | ||||
| \norm{f(y) - f(x)}_{2} \leq M \cdot \norm{y-x}_{2} \ \ \ \ \ \forall y \in K_{\varepsilon} | \norm{f(y) - f(x)}_{2} \leq M \cdot \norm{y-x}_{2} \ \ \ \ \ \forall y \in K_{\varepsilon} | ||||
| @@ -88,7 +88,7 @@ | |||||
| \norm{f(y) - f(x)}_{2} \leq M \cdot \norm{y-x}_{2} \ \ \ \ \ \forall x,y \in D | \norm{f(y) - f(x)}_{2} \leq M \cdot \norm{y-x}_{2} \ \ \ \ \ \forall x,y \in D | ||||
| \end{salign*} | \end{salign*} | ||||
| mit $M \coloneqq \sup_{z \in D} \norm{J_{f}(z)}_{2}$, das heißt $f$ ist auf $D$ Lipschitz-stetig. | mit $M \coloneqq \sup_{z \in D} \norm{J_{f}(z)}_{2}$, das heißt $f$ ist auf $D$ Lipschitz-stetig. | ||||
| \end{korrolar} | |||||
| \end{korollar} | |||||
| \begin{proof} | \begin{proof} | ||||
| Aus Lemma \ref{lemma:dreieck-integrale} folgt: | Aus Lemma \ref{lemma:dreieck-integrale} folgt: | ||||
| \begin{salign*} | \begin{salign*} | ||||
| @@ -132,9 +132,9 @@ | |||||
| Widerspruch zu $x \in S_{1}$, also $m>0$. Dann für $x \neq 0$ ist Vektor $\frac{x \ }{\norm{x}_{\infty}} \in S_{1}$ und $m \leq \frac{\norm{x} \ }{\norm{x}_{\infty}}$ (nach Definition von $m$) und $0 < m \cdot \norm{x}_{\infty} \leq \norm{x}, \ x \in \K^{n}$. | Widerspruch zu $x \in S_{1}$, also $m>0$. Dann für $x \neq 0$ ist Vektor $\frac{x \ }{\norm{x}_{\infty}} \in S_{1}$ und $m \leq \frac{\norm{x} \ }{\norm{x}_{\infty}}$ (nach Definition von $m$) und $0 < m \cdot \norm{x}_{\infty} \leq \norm{x}, \ x \in \K^{n}$. | ||||
| \end{proof} | \end{proof} | ||||
| \begin{korrolar} | |||||
| \begin{korollar} | |||||
| Auf $K^{n}$ sind alle Konvergenzen in irgendeiner Norm äquivalent zur Konvergenz in der $\ell_{\infty}$-Norm. (= komponentenweiser Konvergenz) | Auf $K^{n}$ sind alle Konvergenzen in irgendeiner Norm äquivalent zur Konvergenz in der $\ell_{\infty}$-Norm. (= komponentenweiser Konvergenz) | ||||
| \end{korrolar} | |||||
| \end{korollar} | |||||
| \begin{bem} | \begin{bem} | ||||
| Obiger Satz gilt nicht für unendlich dimensionale Räume (wie z.B. $C[a,b]$ oder $R[a,b]$). Die endliche Dimension von $K^{n}$ ist entscheidend. | Obiger Satz gilt nicht für unendlich dimensionale Räume (wie z.B. $C[a,b]$ oder $R[a,b]$). Die endliche Dimension von $K^{n}$ ist entscheidend. | ||||
| @@ -180,12 +180,12 @@ Bezeichnung: $\norm{\cdot}$ irgendeine Norm. | |||||
| \end{enumerate} | \end{enumerate} | ||||
| \end{proof} | \end{proof} | ||||
| \begin{korrolar} | |||||
| \begin{korollar} | |||||
| \begin{enumerate}[1)] | \begin{enumerate}[1)] | ||||
| \item Endliche Schnitte und beliebige Vereinigung von offenen Mengen sind wieder offen. | \item Endliche Schnitte und beliebige Vereinigung von offenen Mengen sind wieder offen. | ||||
| \item (Beobachtung) Durchschnitt von unendlich vielen offenen Mengen braucht nicht offen zu sein. Z.B. $$ \overset{\infty}{\underset{n=1}{\bigcap}} \left]-\frac{1}{n}, 1 + \frac{1}{n}\right[ = [0,1]$$ ist nicht offen, da $K_{\varepsilon}(0) \not\subset [0,1], \forall \varepsilon > 0$. | \item (Beobachtung) Durchschnitt von unendlich vielen offenen Mengen braucht nicht offen zu sein. Z.B. $$ \overset{\infty}{\underset{n=1}{\bigcap}} \left]-\frac{1}{n}, 1 + \frac{1}{n}\right[ = [0,1]$$ ist nicht offen, da $K_{\varepsilon}(0) \not\subset [0,1], \forall \varepsilon > 0$. | ||||
| \end{enumerate} | \end{enumerate} | ||||
| \end{korrolar} | |||||
| \end{korollar} | |||||
| \begin{definition}[Abgeschlossene Menge] | \begin{definition}[Abgeschlossene Menge] | ||||
| Eine Teilmenge $A \subset \K^{n}$ heißt abgeschlossen, wenn ihr Komplement $A^{c} \coloneqq \K^{n} \setminus A$ offen ist. | Eine Teilmenge $A \subset \K^{n}$ heißt abgeschlossen, wenn ihr Komplement $A^{c} \coloneqq \K^{n} \setminus A$ offen ist. | ||||
| @@ -302,10 +302,10 @@ | |||||
| In unendlich dimensionalen Banach-Räumen wie z.B.: $C[a,b]$ ist dies nicht möglich. | In unendlich dimensionalen Banach-Räumen wie z.B.: $C[a,b]$ ist dies nicht möglich. | ||||
| \end{bem} | \end{bem} | ||||
| \begin{korrolar} | |||||
| \begin{korollar} | |||||
| Jede abgeschlossene Teilmenge einer kompakten Menge in $\mathbb{K}^{n}$ ist | Jede abgeschlossene Teilmenge einer kompakten Menge in $\mathbb{K}^{n}$ ist | ||||
| ebenfalls kompakt. | ebenfalls kompakt. | ||||
| \end{korrolar} | |||||
| \end{korollar} | |||||
| \begin{proof} | \begin{proof} | ||||
| Sei $M \subset \mathbb{K}^{n}$ kompakt und $A \subset M$ abgeschlossen. Wegen | Sei $M \subset \mathbb{K}^{n}$ kompakt und $A \subset M$ abgeschlossen. Wegen | ||||
| @@ -49,7 +49,7 @@ | |||||
| \end{align*} | \end{align*} | ||||
| \end{proof} | \end{proof} | ||||
| \begin{korrolar} | |||||
| \begin{korollar} | |||||
| \begin{enumerate}[a)] | \begin{enumerate}[a)] | ||||
| \item Ein Skalarprodukt $(\cdot,\cdot)$ auf $V$ über $\K$ erzeugt eine Norm durch $\norm{x} \coloneqq \sqrt{(x,x)}, \ x \in V$. Falls ein normierter Raum $\left(V, (\cdot,\cdot)\right)$ vollständig ist, so heißt das Paar $\left(V, (\cdot,\cdot)\right)$ \underline{Hilbert-Raum}. | \item Ein Skalarprodukt $(\cdot,\cdot)$ auf $V$ über $\K$ erzeugt eine Norm durch $\norm{x} \coloneqq \sqrt{(x,x)}, \ x \in V$. Falls ein normierter Raum $\left(V, (\cdot,\cdot)\right)$ vollständig ist, so heißt das Paar $\left(V, (\cdot,\cdot)\right)$ \underline{Hilbert-Raum}. | ||||
| \item Das euklidische Skalarprodukt $(\cdot,\cdot)_2$ auf $\K^n$ | \item Das euklidische Skalarprodukt $(\cdot,\cdot)_2$ auf $\K^n$ | ||||
| @@ -58,7 +58,7 @@ | |||||
| $$\norm{x}_2 \coloneqq \sqrt{(x,x)_2} = \sqrt{\sum_{i=1}^n |x_i|^2}.$$ | $$\norm{x}_2 \coloneqq \sqrt{(x,x)_2} = \sqrt{\sum_{i=1}^n |x_i|^2}.$$ | ||||
| $\left(\K^n, (\cdot,\cdot)_2\right)$ ist ein Hilbert-Raum. | $\left(\K^n, (\cdot,\cdot)_2\right)$ ist ein Hilbert-Raum. | ||||
| \end{enumerate} | \end{enumerate} | ||||
| \end{korrolar} | |||||
| \end{korollar} | |||||
| \begin{proof} | \begin{proof} | ||||
| Normeigenschaften Definitheit und Homogenität folgen aus \ref{def:definitheit}-\ref{def:linear}. Die Dreicksungleichung folgt aus der Schwarz-Ungleichung. | Normeigenschaften Definitheit und Homogenität folgen aus \ref{def:definitheit}-\ref{def:linear}. Die Dreicksungleichung folgt aus der Schwarz-Ungleichung. | ||||
| @@ -37,11 +37,11 @@ | |||||
| Damit folgt die Behauptung. | Damit folgt die Behauptung. | ||||
| \end{proof} | \end{proof} | ||||
| \begin{korrolar} | |||||
| \begin{korollar} | |||||
| Sei $A \in \mathbb{K}^{n \times n}$ regulär und | Sei $A \in \mathbb{K}^{n \times n}$ regulär und | ||||
| $\tilde A \in \mathbb{K}^{n \times n}$ s.d. $\Vert A - \tilde A\Vert < \frac{1}{\Vert A^{-1} \Vert}$. Dann | $\tilde A \in \mathbb{K}^{n \times n}$ s.d. $\Vert A - \tilde A\Vert < \frac{1}{\Vert A^{-1} \Vert}$. Dann | ||||
| ist $\tilde A$ regulär. | ist $\tilde A$ regulär. | ||||
| \end{korrolar} | |||||
| \end{korollar} | |||||
| \begin{proof} | \begin{proof} | ||||
| Es ist $\tilde A = \tilde A + A - A = (\tilde A - A) + A = A | Es ist $\tilde A = \tilde A + A - A = (\tilde A - A) + A = A | ||||
| @@ -49,7 +49,7 @@ | |||||
| \theoremstyle{definition} | \theoremstyle{definition} | ||||
| \newmdtheoremenv{satz}{Satz}[chapter] | \newmdtheoremenv{satz}{Satz}[chapter] | ||||
| \newmdtheoremenv{lemma}[satz]{Lemma} | \newmdtheoremenv{lemma}[satz]{Lemma} | ||||
| \newmdtheoremenv{korrolar}[satz]{Korrolar} | |||||
| \newmdtheoremenv{korollar}[satz]{Korollar} | |||||
| \newmdtheoremenv{definition}[satz]{Definition} | \newmdtheoremenv{definition}[satz]{Definition} | ||||
| \newtheorem{bsp}[satz]{Beispiel} | \newtheorem{bsp}[satz]{Beispiel} | ||||