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Konvergenz und Beschränktheit

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Tags: Grenzwert

 
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CarlaColumna

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15:52 Uhr, 16.05.2016

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Guten Tag,

ich habe mal wieder Folgen (an)n, die ich auf Konvergenz und Beschränktheit untersuchen soll und ggf. den Grenzwert bestimmen.

a)an:=(n+1)n-1nn

Der Nennergrad ist größer als der Zählergrad, d.h. die Folge muss gegen Null gehen?

Also limnan=0

Die die Folge konvergiert, folgt damit unmittelbar daraus, dass die Folge beschränkt ist.

b)an:=eiπn

Hier sind wir im komplexen und ich weiß nicht wirklich wie ich da herangehen soll.

Die e-Funktion kann man umschreiben zur Kosinus- und Sinusfunktion, was daraufhin deuten lässt, dass die Folge beschränkt ist?

Wie zeige ich jedoch Konvergenz? Außerdem haben wir es noch mit der komplexen Wurzel zu tun, aus der e-Fkt.

Hat jemand vllt eine Idee?

Danke und Grüße

Carla

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

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

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16:00 Uhr, 16.05.2016

Antworten
"Der Nennergrad ist größer als der Zählergrad, d.h. die Folge muss gegen Null gehen?"

Der Schluss ist richtig, die Begründung ist aber sehr schwammig.
Das muss man schon präzisieren.


"Die e-Funktion kann man umschreiben zur Kosinus- und Sinusfunktion, was daraufhin deuten lässt, dass die Folge beschränkt ist?"

Ne, Kosinus und Sinus brauchst Du nicht.
eiπ/n=eiπ2ne0=1, weil iπ2n0 und ez eine stetige Funktion ist.
Antwort
anonymous

anonymous

16:03 Uhr, 16.05.2016

Antworten
Hallo
a)
"Der Nennergrad ist größer als der Zählergrad"
Dieses Kriterium gilt für Potenzfunktionen.
Für diese unsere Aufgabe wird es als Begründung sicherlich bei weitem nicht reichen.

Ich gebe dir einen Tipp:
GW= limn(n+1)n-1nn

=lim(n+1)n(n+1)nn

=lim1n+1lim(n+1)nnn

Na - kommst du von hier an weiter...?
Viel Erfolg!

b)
Überleg dir mal:
> Wohin tendiert der Exponent?
> Wohin tendiert die Potenz e^Exponent ?
> Wohin tendiert die Wurzel hieraus?

CarlaColumna

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16:07 Uhr, 16.05.2016

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"Der Schluss ist richtig, die Begründung ist aber sehr schwammig.
Das muss man schon präzisieren."

- Okay wie soll ich das denn anders bei der a) begründen? Soweit ist es doch richtig?

b) ahso, man muss aber die komplexe Wurzel ziehen, wie kommt es denn zu dem Zusammenhang:

eiπn=eiπ2n

Wenn ich mir die Formel für die komplexe Radizierung angucke, komme ich nicht auf: eiπ2n

Das ganze geht dann gegen e0 also ist der Grenzwert 1.

Danke!

Carla

Antwort
DrBoogie

DrBoogie aktiv_icon

16:19 Uhr, 16.05.2016

Antworten
"Okay wie soll ich das denn anders bei der a) begründen?"

Kuck, was cositan oben geschrieben hat.
Antwort
anonymous

anonymous

16:28 Uhr, 16.05.2016

Antworten
"Wie kommt es zum Zusammenhang
eiπn=eiπ2n
[?] "

Überleg dir mal:
x=x12

CarlaColumna

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18:24 Uhr, 16.05.2016

Antworten
Ahso, danke für die vielen Ratschläge!

Bei a) läuft es dann wohl auf die Grenzwertsätze hinaus? Sprich:

limnanbn= ab

Daher haben wir limn1n+1=0

Und Null mal etwas ist ja bekanntlich Null.

Bei b) wird einfach x12=x angewendet, ahso ich dachte man muss da die komplexe Wurzel ziehen?

Was kann man aber zu Beschränktheit sagen bei der b)? Genauso wie bei der a), dass es konvergiert und dies eine Beschränktheit impliziert?

Danke allen,

Carla
Antwort
anonymous

anonymous

18:31 Uhr, 16.05.2016

Antworten
nochmals zu a)
Den Grenzwert
lim11+n=0
hast du recht erkannt.

ABER-
ich habe noch einmal den Eindruck, dass du es dir zu einfach machst.
Soweit du in Worte fasst, schließt du daraus, dass auch das Produkt Null werden müsste.
Sorry, aber: grober Anfängerfehler!
Was ist 0*Unendlich ?
Wir wissen es nicht!
Du wirst schon auch noch den Grenzwert, den du "b" tauftest, näher untersuchen müssen.
Erst wenn wir hier einen Grenzwert feststellen, und der nicht vom Typ
0*Unendlich
ist, kannst du schlussfolgern, dass auch das Produkt NULL ist.

Willst du nochmals...?

CarlaColumna

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18:50 Uhr, 16.05.2016

Antworten
Okay stimmt, hast recht! Danke das ist mir gar nicht aufgefallen dass der andere Term auch sein kann.

Also limn(n+1)nnn=limn(n+1n)n

Das soll gegen e konvergieren, also sollte der Grenzwert mit 0e=0 gezeigt sein. Doch für mich ist nicht ersichtlich wieso limn(n+1)nnn=e

bei b) tue ich mich beim Zersetzen der Funktion und der Bestimmung der Genzwerte der Teilfolgen dann schwer.

Vor allem habe ich einen erheblichen Fehler begangen in der Aufgabenstellung sollte es heißen:

b)an:=-eiπn

(Ich habe das Minus vergessen) Sorry :(

Jetzt muss man auch das komplexe Wurzelziehen in Betracht ziehen?

Carla
Antwort
anonymous

anonymous

19:03 Uhr, 16.05.2016

Antworten
"... jedoch ist für mich nicht ersichtlich..."

lim(n+1n)n=lim(1+1n)n
und das ist die Definition der Eulerzahl e, wie sie mit an Sicherheit grenzender Wahrscheinlichkeit in deinem Skript steht, mindestens aber unter:
de.wikipedia.org/wiki/Eulersche_Zahl

CarlaColumna

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19:19 Uhr, 16.05.2016

Antworten
Ahja... Ich sehe manchmal den Wald vor lauter Bäumen nicht.. es ist einfach nur erweitert und ich sehe es nicht.. sorry :(

Die b) überfordert mich schon, also das Minus unter der Wurzel verändert ja jetzt alles, hat da jemand einen Tipp?

Carla
Antwort
anonymous

anonymous

19:24 Uhr, 16.05.2016

Antworten
zu b)
Ein Gedankengang wenige Straßenzüge vorher war:
lim(ab)=lim(a)lim(b)

lim-ex=lim-1limex=ilimex

CarlaColumna

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19:31 Uhr, 16.05.2016

Antworten
Ahja das ist genau der gleiche Grenzwertsatz den man hier anwenden kann...

dann ist limni=i und limneiπn=limneiπ2n=... =1

limnilimn1=i

Danke für Augen öffnen! Bleibt nur noch die Frage bzgl der Beschränktheit, aber diese ist ja geklärt weil beide Folgen konvergieren und dies die Beschränktheit impliziert. Oder muss man dazu noch etwas berücksichtigen?

Carla
Antwort
anonymous

anonymous

19:41 Uhr, 16.05.2016

Antworten
Ganz ehrlich gesagt bin ich mit dem Begriff der Beschränktheit nicht ganz so in Übung und bewandert. Aber ich ahne, dass du so ungefähr recht hast.

Präziser: Es handelt sich um eine Folge.
Für Beschränktheit werden wir auch noch überlegen / untersuchen müssen, ob nicht nur bei n Unendlich, sondern auch schon auf dem Weg dorthin Schranken auftreten, die nicht überschritten werden.

Unbeschränkt wäre zB. eine Folge, die bei
n=0;1;2... aus dem Unendlichen kommt,
bei n=777;778,779 ins -Unendliche entschwindet,
und - wie in unserem Fall -
bei n Unendlich konvergiert.

Vielleicht kann ja DrBoogie u.a. noch präzisieren...

CarlaColumna

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19:47 Uhr, 16.05.2016

Antworten
Okay, ich bedanke mich soweit recht herzlich und hoffe dass vllt Dr. Boogie den Rest bzgl. der Beschränktheit beleuchtet :-) Wobei ich denke dass die Argumentation mit der Konvergenz reicht.

Danke nochmal!

Carla

PS: Wobei ich mir bei der geschriebenen Vereinfachung nicht sicher bin. Im Reellen also gilt ekπn=(ekπn)12=ekπ2n. Im Komplexen ist das jedoch meines Erachtens nicht richtig.
Antwort
Respon

Respon

20:05 Uhr, 16.05.2016

Antworten
Da hast du vollkommen recht. Die Regeln bezüglich Wurzeln in lassen sich nur bedingt nach übertragen.
Siehe Wolframs Lösung:
http://www.wolframalpha.com/input/?i=lim+sqrt%28-e^%28i*pi%2Fn%29%29
CarlaColumna

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20:35 Uhr, 16.05.2016

Antworten
Ja genau, das wäre nicht die komplett richtige Radizierung. Jedoch wie führe ich das im Komplexen durch? Jetzt konkret für das Beispiel da gibt es mehrere Definitionen über die Sinus/Kosinus Definition aber da blicke ich nicht durch :(

Carla
Antwort
DrBoogie

DrBoogie aktiv_icon

21:52 Uhr, 16.05.2016

Antworten
Du brauchst keine Sinus/Kosinus.
Die Wurzel kann nur der Hauptzweig sein, sonst würde was dazu in der Aufgabe stehen.
Und beim Hauptzweig gilt eiπ/n=eiπ/2n, fertig.
Nicht zu kompliziert denken.
CarlaColumna

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07:52 Uhr, 17.05.2016

Antworten
Hm. Wie würde es denn aussehen wenn wir komplex rechnen müssten nach modifizierter Aufgabenstellung. Das Ergebnis müsste das selbe sein? Wie würde jedoch die Umformung aussehen in dem Fall?

Danke,

Carla
Antwort
DrBoogie

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08:04 Uhr, 17.05.2016

Antworten
Was heißt "modifizierte Aufgabenstellung"?
CarlaColumna

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08:08 Uhr, 17.05.2016

Antworten
Naja dass wir in sind und die komplexe Wurzel ziehen sollen.
Antwort
DrBoogie

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09:46 Uhr, 17.05.2016

Antworten
Ich hab schon gesagt, dass nur der Hauptzweig gemeint sein kann. Lese darüber.
CarlaColumna

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14:46 Uhr, 17.05.2016

Antworten
Ja das meine ich ja wie zieht man daraus die komplexe Wurzel?
Antwort
DrBoogie

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14:48 Uhr, 17.05.2016

Antworten
Habe schon auch geschrieben. Im allgemeinen Fall reiφ=reiφ/2. In diesem Fall eiπ/n=eiπ/2n.
CarlaColumna

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14:51 Uhr, 17.05.2016

Antworten
Hm. Okay dann sehe ich es einfach nicht, momentan. Vllt blicke ich da durch wenn ich es mir herleite, muss jedoch jetzt zur Vorlesung.

Vielen Dank,

Carla
CarlaColumna

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09:27 Uhr, 19.05.2016

Antworten
Also laut Definition der komplexen Wurzel hätten wir ja die Gleichung:

z2=eiπn

Und wir suchen quasi Lösungen dieser Gleichungen und im Komplexen gibt es davon unendlich viele da die e-Funktion im Komplexen periodisch ist und sich daraus die unendlich vielen Lösungen ergeben.

Polarform lautet: z=reiφ=r(cosφ+isinφ)

Als die n-ten Wurzeln einer komplexen Zahl a bezeichnet man die Lösungen der Gleichung

zn=a.
Ist a0 in der Exponentialform a=|a|eiϕ dargestellt, so sind die n-ten Wurzeln aus a genau die n komplexen Zahlen

zk=|a|1neiφn+k2φn mit   (k=0,1,...,n-1)

Wir müssen also erstmal den Betrag berechnen und den Winkel, dabei tue ich mich schwer bei eiπn.

Jedoch müsste die Lösung folgende sein:

z2=eiπnz=-1e...

Aber Probleme habe ich mit dem Winkel :(, weil ich nicht weiß wie ich den konkret berechnen soll und das 'n' noch berücksichtigen soll.

Der Winkel ist eig definiert als arctan Im(z)/Re(z) bzw. als arg(z) und daran hadere ich die ganzen Tage :(


Carla
Antwort
DrBoogie

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09:56 Uhr, 19.05.2016

Antworten
"Und wir suchen quasi Lösungen dieser Gleichungen und im Komplexen gibt es davon unendlich viele da die e-Funktion im Komplexen periodisch ist und sich daraus die unendlich vielen Lösungen ergeben. "

Wer hat Dir so ein Unsinn erzählt? Die Gleichung z2=a hat nur zwei Lösungen im Komplexen. Dass e-Funktion periodisch ist, spielt dabei gar keine Rolle. Denn eiφ+2iπk ist für alle k eine und dieselbe Zahl!!!
Antwort
DrBoogie

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09:58 Uhr, 19.05.2016

Antworten
"Jedoch müsste die Lösung folgende sein:"

Hä? Was meinst Du?

"Aber Probleme habe ich mit dem Winkel :("

Deine Probleme kommen daher, dass Du bestimmt immer noch nicht gelesen hast, was der Hauptzweig der Wurzel ist.
Statt stundenlang über etwas fruchtlos zu grübeln, ist immer besser, einige Seiten Theorie zu lesen!!! Dir fehlt einfach Grundwissen!!!
CarlaColumna

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10:19 Uhr, 19.05.2016

Antworten
Ja ich weiß nicht was der Hauptzweig der Wurzel ist. Ich komme jedoch nicht darauf weil ich es nicht will, sondern weil ich es nicht finde und nicht verstehe was damit gemeint ist. Wäre dir dankbar wenn du es mir erklären könntest,

Carla
Antwort
DrBoogie

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10:22 Uhr, 19.05.2016

Antworten
Welche Bücher über Funktionentheorie hast Du schon gelesen?
CarlaColumna

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10:34 Uhr, 19.05.2016

Antworten
Keine.
Antwort
DrBoogie

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10:37 Uhr, 19.05.2016

Antworten
Dann lies zumindest ein paar Skripte.
Z.B.
http//www.uni-regensburg.de/Fakultaeten/nat_Fak_I/Mat4/waldi/hasenkopf.pdf
https_://people.math.ethz.ch/~salamon/PREPRINTS/cxana.pdf (Unterstrich entfernen)
www.math.uni-tuebingen.de/user/loose/studium/Skripten/MfPh4-Funk.pdf

CarlaColumna

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11:04 Uhr, 19.05.2016

Antworten
Skript Uni-Regensburg Satz (76)

f-1 heißt der Hauptzweig der n-ten Wurzel.

z1n=f-1(z)

Die Nebenzweige der n- ten Wurzel entstehen durch Drehung um Vielfache des Winkel 2πn des Hauptzweiges.

Und jetzt darf ich einfach annehmen, da es 'nur' Vielfache der Drehung sind, und die gleiche Zahl?

Wieso jedoch -eiπn=1eiπn2

Sprich egal was ich für n einsetze es kommt die gleiche komplexe Zahl heraus?

Carla
Antwort
DrBoogie

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11:56 Uhr, 19.05.2016

Antworten
"Skript Uni-Regensburg Satz (76)"

Du musst (77) nutzen und nicht (76).
(76) ist zwar auch richtig, aber Du verstehst leider offensichtlich nicht, was da steht.
Und (77) ist einfacher zu verstehen.
Im Fall n=2 bekommst Du die Formel, die schon auch ich geschrieben habe:
reiφ=reiφ/2.

"Die Nebenzweige der n− ten Wurzel entstehen durch Drehung um Vielfache des Winkel 2πn des Hauptzweiges."

Nebenzweige müssen Dich nicht interesserien.

"Wieso jedoch −eiπn=1⋅eiπn2"

Das ist wieder mal Unsinnn.

"Sprich egal was ich für n einsetze es kommt die gleiche komplexe Zahl heraus?"

Keine Ahnung, wie Du darauf kommst, natürlich ist das falsch.
Ich verstehe echt nicht, was Dein Problem ist. Du schaffst nicht einmal, eine einfache Formel richtig anzuwenden. Vielleicht solltest Du Dir mehr Zeit dafür nehmen.
CarlaColumna

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12:58 Uhr, 19.05.2016

Antworten
"Keine Ahnung, wie Du darauf kommst, natürlich ist das falsch.
Ich verstehe echt nicht, was Dein Problem ist. Du schaffst nicht einmal, eine einfache Formel richtig anzuwenden. Vielleicht solltest Du Dir mehr Zeit dafür nehmen."
- Ja ich verstehe es einfach nicht. Und selbst wenn ich jetzt noch die 5 oder 6 oder 7 Stunde daran sitze und an den gleichen stellen mich das gleiche Frage dann bringt es nichts.

Einerseits sagst du die Nebenzweige müssen mich nicht interessieren, andererseits verstehe ich nicht wieso ich jetzt nicht die Nebenzweige berücksichtigen soll?

Wenn ich jetzt z=reiφ habe.

Und daraus die n-te Wurzel ziehe: z1n:=r1neiφn kann ich es jetzt so als richtig hinnehmen. Das möchte ich ja aber nicht, weil ich es nicht ganz verstehe.

Vllt liegt es daran dass ich noch nie diesen Fall hatte und immer aus der trigonometrische Darstellung der Polarform vorliegen hatte und daraus die komplexe Wurzel gezogen habe und immer einen Winkel berechnet habe. Und jetzt halt nicht.

Wenn du weißt woran es liegen könnte rechne ich gerne noch Beispiele und nehme Tipps an. Sofern du noch dein Geduldsreservoir nicht aufgebraucht ist^^,

Carla
Antwort
ledum

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13:26 Uhr, 19.05.2016

Antworten
Hallo
ob du die n-te Wurzel aus z=r(cosφ+isinφ) ziehst mit z1n=r1n(cos(φn)+isin(φn)) oder
cosφ+isinφ=eiφ benutzt ist doch dasselbe.
wenn man von der Funktion z(t) spricht mit z(t)=eit und die Wurzel zieht, meint man i.a. genau diese. wenn du aus der Zahl
z=r(cosφ+isinφ) die Wurzel ziest gibt es n Winkel φn+2πkn)k=0 bis n aber diese weiteren Wurzeln spielen hier keine Rolle., wenn man als fkt den sog. Hauptzweig nimmt also nicht z(t)=eit+k2π
nochmal, ob du das mit der cos,sin Darstellung oder der e hoch Darstellung machst ist völlig egal, die e hoch Darstellung ist für die meisten einfacher, weil man die einfachen Potenzgesetze wie im Reellen anwenden kann,
allerdings muss man dann -1 als eiπ oder 1*(cos(\pi)+isin(\pi) schreiben, wenn man die Wurzel ziehen will
-e^(it)=s e^(i*\pi)*e^(it)=e^(it+i\pi)
Gruß ledum
Antwort
DrBoogie

DrBoogie aktiv_icon

13:34 Uhr, 19.05.2016

Antworten
"Einerseits sagst du die Nebenzweige müssen mich nicht interessieren, andererseits verstehe ich nicht wieso ich jetzt nicht die Nebenzweige berücksichtigen soll?"

Weil (wie ich schon sagte) es in Deiner Aufgabe mit Sicherheit um den Hauptzweig geht, obwohl der Aufgabensteller blöderweise vergessen hat, das zu sagen. Also, streng genommen, ist die Aufgabe einfach unkorrekt, wie sie formuliert ist.
CarlaColumna

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13:41 Uhr, 19.05.2016

Antworten
Okay wie würde sie denn korrekt aussehen, dass man jeweils die Zweige berücksichtigen müsste?
Antwort
DrBoogie

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13:48 Uhr, 19.05.2016

Antworten
Korrekt müsste da einfach stehen: "wobei unter z der Hauptzweig der Wurzel gemeint ist". Alles. Dann wüsstest Du, dass die richtige Formel eiφ=eiφ/2 ist und wärst fertig.
Und so stellst Du völlig unnnötige Fragen und bist grundlos durcheinander.
Natürlich würde es nicht schaden, wenn Du lernen würdest, was Hauptzweige und Nebenzweige sind, aber es tut mir leid, dass ich das sage, nur glaube ich, dass Du damit etwas überfordert sein würdest.
CarlaColumna

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13:53 Uhr, 19.05.2016

Antworten
Joa will ich nicht bestreiten. Ist ja auch so. Es wird immer gesagt die Schüler werden dümmer, doch dann ist im Umkehrschluss die Lehrer werden dümmer. Wie dem auch sei ist in der Vorlesung das Wort Hauptzweig und Nebenzweig nicht gefallen. Daran liegt es auch wohl, dass in der Aufgabenstellung dies nicht eindeutig erwähnt wurde.

Wie würde es denn aussehen wenn die Aufgabenstellung hieße "und z der Hauptzweig ist und die Nebenzweige zudem berücksichtigt werden müssen." ?

Carla
Antwort
DrBoogie

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13:56 Uhr, 19.05.2016

Antworten
Der einzige Nebenzweig ist -z (wenn z der Hauptzweig ist). Da hättest Du einen anderen Grenzwert, einfach mit - vorne.
CarlaColumna

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13:59 Uhr, 19.05.2016

Antworten
Okay. Wie könnte denn eine andere Folge aussehen wo die Nebenzweige mal nicht redundant sind und zu berücksichtigen wären?


Antwort
DrBoogie

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14:01 Uhr, 19.05.2016

Antworten
Das hat mit der Folge nichts zu tun. Für quadratische Wurzeln gibt's nur zwei Zweige.
Und wenn Du tiefer in die Materie willst, dann besorge Dir ein Buch über Funktionentheorie und lies es durch. Wir sind hier keine Wikipedia.
CarlaColumna

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14:03 Uhr, 19.05.2016

Antworten
Okay. Danke für die Hilfe,

Carla
Diese Frage wurde automatisch geschlossen, da der Fragesteller kein Interesse mehr an der Frage gezeigt hat.