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limes, Integral

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Funktionenfolgen

Grenzwerte

Integration

Tags: Funktionenfolgen, Grenzwert, Integration

 
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Jennifer87

Jennifer87 aktiv_icon

10:44 Uhr, 06.03.2011

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Hi,

Hab ein Problem beim bilden von folgendem limes:

limnabdx1+x2n

Wie bilde ich das Integral?

lg Jenny

Für alle, die mir helfen möchten (automatisch von OnlineMathe generiert):
"Ich möchte die Lösung in Zusammenarbeit mit anderen erstellen."
Hierzu passend bei OnlineMathe:
Grenzwert (Mathematischer Grundbegriff)
Regel von l'Hospital (Mathematischer Grundbegriff)
Wichtige Grenzwerte
Flächenberechnung durch Integrieren
Stammfunktion (Mathematischer Grundbegriff)

Online-Übungen (Übungsaufgaben) bei unterricht.de:
 
Online-Nachhilfe in Mathematik
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QPhma

QPhma aktiv_icon

12:50 Uhr, 06.03.2011

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Hi Jenny,

die Idee, erst mal das Integral zu lösen und dann mit der Formel den Grenzwert zu berechnen, ist meiner Meinung nach nicht so gut. Ich habe mit dem Integrationstool von Wolfram ( integrals.wolfram.com/index.jsp ) versucht, eine Regelmäßigkeit der Integrale in Abhängigkeit von n zu finden. Aber außer daß die Formeln mit wachsendem n immer ungeheuerlicher wurden, ist nichts rausgekommen.

Besser ist es, wenn Du Dir die Funktionen f(x)=11+xn für verschiedene, anwachsende Werte von n in ein Diagramm zeichnest (Geogebra oder Excel). Dann siehst Du wie im Grenzwert n die Funktion zu einer "Rechteck"funktion wird, die Du leicht integrieren kannst. Damit hast Du erst mal die Lösung. Ein exakter mathematischer Beweis ist das allerdings noch nicht. Der erfordert noch ein bischen Zusatzaufwand.

Gruß

QPhma
Jennifer87

Jennifer87 aktiv_icon

15:15 Uhr, 06.03.2011

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hmm... da die Funktion nicht gleichmäßig konvergent ist kann ich lim und nicht vertauschen oder??? hab mir grad auch nen paar Integrale für wachsende n angeschaut , aber Regelmäßigkeit sieht anders aus :-)
Antwort
QPhma

QPhma aktiv_icon

16:58 Uhr, 06.03.2011

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Da kann ein Trick helfen. Kritisch sind die Stellen x=-1 und x=1. Wenn man den Definitionsbereich der Funktionenfolge so ändert, daß um |x|=1 herum jeweils ein kleines δ- Intervall ausgeschnitten wird, also D=(-,-1-δ][-1+δ,1-δ][1+δ,), wird die Funktionenfolge gleichmäßig konvergent.
Am Integral müssen dann natürlich diese beiden Intervalle auch ausgespart werden. Der dadurch entstehende Fehler kann abgeschätzt werden. Er ist, unabhängig vom n, größer als Null und kleiner als 4δ1, da der Funktionswert von 11+x2n für alle x maximal den Wert 1 hat.
Mit der so abgewandelten Funktionenfolge kann man Grenzwert und Integral vertauschen. Läßt man jetzt das δ gegen Null gehen, kommt man zur gesuchten Lösung.


Jennifer87

Jennifer87 aktiv_icon

08:21 Uhr, 07.03.2011

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dann habe ich eine Grenzfunktion die im Intervall (-1,1)=1 ist und sonst 0 ist oder?

jetzt müsste man ja noch wissen wo die integral-grenzen a,b liegen oder ist das egal??
Antwort
QPhma

QPhma aktiv_icon

00:09 Uhr, 08.03.2011

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Nein, der Definitionsbereich der Funktion geht im wesentlichen schon von - bis +. Nur um die Stellen x=-1 und x=1 herum ist ein kleines Stück ausgeschnitten. Dieses Stück hat jeweils eine Breite von 2δ. Da man das δ beliebig klein machen kann, hat das ausgeschnittene Stück keine Auswirkung auf das Integral. Die Berechnung des Integrals erfolgt für die rechteckförmige Grenzfunktion der Funktionenfolge.

Insgesamt ist der Wert des Integrals sicher von den Werten a und b abhängig. Dazu kannst Du eine Fallunterscheidung machen:
1. a<-1 und b<-1
2. a<-1;-1b1
3. a<-1;b>1
4. -1a1;-1b1
5. -1a1;b1
6. a>1 und b>1
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