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ushiro Auf diesen Beitrag antworten »
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Hallo!

Es geht um einen Konvergenz-Beweis bei folgender Folge:

Wobei es eigentlich egal ist, ich bräuchte einfach mal eine Schritt-für-Schritt-Erklärung wie ich so einen Beweis führe unglücklich

Die entsprechende Definition, nach der bewiesen werden soll ist:



Dass der Grenzwert hier bei 3/2 liegt und die Bedeutung der Definition ist mir klar und mir ist im Prinzip auch klar WAS ich beweisen muss.. mir fehlt allein die Vorgehensweise, wie ich ein günstiges wähle usw.

Vielleicht kann mir hier ja jemand helfen?

Liebe Grüße
Jacques Auf diesen Beitrag antworten »

Hallo,

Zumindest in der Schule ist die Vorgehensweise so:

Gegeben ist beispielsweise die Folge



Um zu beweisen, dass 0 der Grenzwert der Folge ist, muss man also zeigen: Für alle positiven gibt es einen Index , sodass alle Glieder ab einschließlich diesem Index in der -Umgebung von 0 liegen.

Man setzt:

,

was gleichwertig ist mit

Dann löst man diese Ungleichung nach n auf und erhält:





D. h.: Ein Glied liegt genau dann in einer -Umgebung von 0, wenn .

Wenn man jetzt konkrete positive betrachtet, gibt es immer einen Index (etwa ), sodass alle Glieder ab einschließlich diesem Index in der -Umgebung von 0 liegen. Damit ist bewiesen, dass 0 Grenzwert der Folge ist.
Huggy Auf diesen Beitrag antworten »
RE: Folgen
Vorbemerkung: In deiner Definition fehlen die Betragszeichen.

Offenbar ist dir doch nicht ganz klar, was zu bweisen ist. Es geht nicht darum, ein geeignetes zu finden. Du sollst ja etwas für alle beweisen. Du musst also zu beliebigem ein geeignetes finden (siehe Beitrag von Jaques).

Wie man das macht, dafür gibt es kein Patentrezept. Bei deiner Folge hilft es, wenn man Zähler und Nenner durch teilt.
ushiro Auf diesen Beitrag antworten »

Danke schonmal Freude


Jacques:

Ok das verstehe ich soweit für die Folge smile


Huggy:

Zur Vorbemerkung: Stimmt, in meiner Verwirrung hab ich statt Betragsstrichen normale Klammern verwendet, sorry.


Der Startindex hängt doch aber ab vom oder nicht?

je nach hab ich doch ein anderes . Bei meine Folge, wie würde ich denn dann weitergehen nachdem ich durch n² geteilt habe?

Dass es kein Patentrezept gibt, ist ja bei den meisten interessanten Sachen in der Mathematik so smile aber gibt es nicht wenigstens irgendwelche Orientierungsmöglichkeiten nach denen ich mich richten kann?

Ich komme immer soweit, dass ich sehe was der Grenzwert ist und alles ordentlich aufschreibe. Und dann hängts....

Und die Übungen waren nie wirklich eine Hilfe. Die 3 Folgen, die wir aufbekamen, konnten es meist auch nicht adäquat beweisen und dann wurde eine unleserliche Folie auf den Overhead gelegt, die man bei schummrigen Licht kaum entziffern konnte unglücklich und dann immer so Kommentare wie "Da guckt man lange drauf und dann springt es einen an" ..........

Meine Frage lautet also konkret: Wenn ich eine Folge habe und deren Grenzwert kenne, was muss ich tun damit ich bewiesen habe, dass es tatsächlich der Grenzwert ist?
Airblader Auf diesen Beitrag antworten »

Zitat:
Meine Frage lautet also konkret: Wenn ich eine Folge habe und deren Grenzwert kenne, was muss ich tun damit ich bewiesen habe, dass es tatsächlich der Grenzwert ist?


Du musst tun, was in der Definition steht:

Finde zu einem beliebig vorgegebenem ein , so dass alle Folgenglieder mit zum vermutlichen Grenzwert weniger als entfernt sind.

Und ja, hängt von ab.

air
Huggy Auf diesen Beitrag antworten »

Zitat:
Original von ushiro
Der Startindex hängt doch aber ab vom oder nicht?

je nach hab ich doch ein anderes . Bei meine Folge, wie würde ich denn dann weitergehen nachdem ich durch n² geteilt habe?

Schreib doch mal auf, wie aussieht, nachdem du Zähler und Nenner durch geteilt hast. Dann überlege, ob du jetzt Abschätzungen für Zähler une Nenner machen kannst und ob sich daraus Abschätzungen für ergeben.
 
 
ushiro Auf diesen Beitrag antworten »

Und woher bekomme ich das "beliebige ?" smile (das ist nämlich genau das was ich meinte mit "geeignetes epsilon") und wie ist der Schritt, dass das dann tatsächlich für alle gilt?

irgendwie hats bei der ganzen epsilon-geschichte noch nicht so richtig "klick" gemacht ... wäre echt super, wenn das jemand für "dummies" nochmal erklären könnte!

huggy:

oder?


Was genau meinst du mit Abschätzungen?
Huggy Auf diesen Beitrag antworten »

Das bleibt . Zum Schluss bekommst du eine Funktion , die die Behauptung beweist.

Und jetzt mach mal, was ich dir vorher sagte.
Huggy Auf diesen Beitrag antworten »

Gut!

Kannst du jetzt so etwas sagen wie Zähler >= irgendetwas und ähnliches für den Nenner?
ushiro Auf diesen Beitrag antworten »

hm, also auf jeden Fall kann ich mir vorstellen dass denn 3 ist dann ja irgendwann der Grenzwert

genauso im Nenner ist 2 ja der Grenzwert für den Nenner
Huggy Auf diesen Beitrag antworten »

Richtig!

Wir haben also:



und

,

Nehmen wir erst mal die Beziehung für den Nenner. Was folgt daraus für ?
Airblader Auf diesen Beitrag antworten »

Zu der Epsilongeschichte vielleicht etwas mehr Anschauung:

Nehmen wir mal mit dem Grenzwert .

Als Graph (wenngleich es eig. ja eine Folge ist) wäre das so:



Nun willst du zeigen, dass die Folge (rot) dem Grenzwert (grün) immer näher und näher kommt, jedoch nie unterschreitet.

Dazu spielen wir folgendes Spiel:
Ich gebe dir einen Abstand vor und du gibst mir ein Folgenglied, ab dem alle weiteren Glieder weniger als diesen Abstand weit vom Grenzwert entfernt sind.

Nun gebe ich dir noch einen Abstand und du gibst mir wieder ein Folgenglied dazu.

Und das machen wir nun immer weiter. Soll heißen: Völlig egal welchen Abstand ich dir vorgebe (und wenn er noch so klein ist) - du findest einen solchen Index bzw. ein solches Folgenglied.
Wenn du das schaffst, selbst, wenn zB ist, dann hast du bewiesen, dass die Folge ja ständig näher an den Grenzwert kommt, ohne, dass die Folge den Grenzwert hier unterschreiten kann (sonst würde der Abstand wieder wachsen).

Du machst dir also keine Sorgen, welcher Abstand (Epsilon) vorgegeben ist - du musst zu jedem beliebigen einen Index finden. Und darum drückst du einen geeigneten Index einfach abhängig von Epsilon aus.

Edit:
Den Rest übernimmt nun aber Huggy, um die Aufgabe zu lösen. Aber vielleicht hilft dir das hier nochmal ein bisschen.

air
ushiro Auf diesen Beitrag antworten »

ich bin mir jetzt nicht sicher was du hören willst verwirrt bzw. wie ich es am besten ausdrücken soll

für folgt dann im Prinzip, dass sie sich von für n = 1 zu entwickelt für n --> am Ende ist es also.. irgendwas halbes?

danke, Airblade, werd ich mir genau durchlesen smile
Huggy Auf diesen Beitrag antworten »

Du musst präzise mathematische Folgerungen in Form von Ungleichungen machen, denn du willst ja eine Ungleichung beweisen. Ich möchte also von dir sehen, daraus folgt:

oder

Und anstelle der Punkte sollte ein konkreter Ausdruck stehen.
ushiro Auf diesen Beitrag antworten »

(was mir aber irgendwie sehr trivial erscheint?) .. und insgesamt folgt aus und auch dass

bin mir aber nicht sicher ob ich getroffen habe, was du gemeint hast..
Huggy Auf diesen Beitrag antworten »

Die zweite Folgerung ist falsch! Überlege mal, weshalb?

Die erste Folgerung ist richtig, würde aber schon aus nenn > 1 folgen. Aus nenn > 2 folgt mehr. Also noch mal, was folgt aus nenn > 2?
ushiro Auf diesen Beitrag antworten »

? smile

bei der 2. folgerung müsste es < anstatt > heißen, oder?
Huggy Auf diesen Beitrag antworten »

Jetzt ist es richtig. Und mehr kann man aus nenn > 2 nicht schließen. Es gibt keine zweite Folgerung.
Jetzt teile mal den Zähler durch den Nenner 2. Vielleicht fällt dir dann schon etwas auf.
ushiro Auf diesen Beitrag antworten »

... doppelpost
ushiro Auf diesen Beitrag antworten »

Das wäre dann:



Ok da steht jetzt mein Grenzwert + einen Ausdruck der mit zunehmenden n gegen Null tendiert.

Die größte Differenz zum Grenzwert wäre ja jetzt 1/2. würde ich also = 1/8 wählen bekäme ich als Startindex = 2

hm.. hilft mir das jetzt schon?
Huggy Auf diesen Beitrag antworten »

Ja, wir nähern uns jetzt dem Ziel, allerdings erst der einen Hälfte des Beweises. Wir haben in unserer Ungleichung jetz explizit den Grenzwert stehen.

Um sauber beweisen zu können, sollte man aber immer eine vollständige Ungleichung schreiben. Also schreib bitte das letzte Ergebnis in dieser Form und dann bringst du die 3/2 auf die andere Seite. Vergleiche die entstandene Ungleichung mit der Behauptung. Was kann man folgern, messerscharf folgern?
ushiro Auf diesen Beitrag antworten »











Bei der Folgerung bräuchte ich noch einen kleinen Anschubser unglücklich
Huggy Auf diesen Beitrag antworten »

Ja, das ist jetzt sauber aufgeschrieben, wobei man sogar überall < statt <= schreiben kann. Die letzte Gleichung brauchen wir nicht.

Es ist also bewiesen:



Beweisen will man:



Das ist offensichtlich erfüllt, wenn gilt:



Diese Gleichung muss nun nach n aufgelöst werden. Das Ergebnis ist unser . Besser schreiben wir , denn in der Behauptung steht ja der Betrag. Wir müssen also noch eine zweite Abschätzung machen, die ein ergibt. Das größere von beiden ist das endgültige .

Schreib jetzt mal diesen Text gleichungsmäßig auf.
ushiro Auf diesen Beitrag antworten »



dann nach n auflösen:



Meinst du mit größerem einfach den Betrag der Differenz?

?
Huggy Auf diesen Beitrag antworten »

Wir haben jetzt bewiesen:

Sei

Dann ist für alle



Damit man statt




schreiben kann, brauchen wir eine analoge Abschätzung für



Daraus ergibt sich ein .
Diese Abschätzung beginnt unter Benutzung der Ungleichung für den Zähler. Sie ist ein oder zwei Zeilen länger. Am Ende setzen wir =Maximum von und .

Versuch mal, ob du das hinkriegst. Ich bin jetzt für ein bis zwei Stunden weg.
ushiro Auf diesen Beitrag antworten »







jetzt häng ich.. hier kann ich ja nicht so einfach wieder 3/2 isolieren.

ich habe es jetzt so umgeformt:







und dann quasi einmal eingesetzt



...?
WebFritzi Auf diesen Beitrag antworten »

Zitat:
Original von ushiro
Und woher bekomme ich das "beliebige ?"


Das ist eine gute Frage, die viele Anfänger stellen. Leider schaffen es die wenigsten, darauf zu antworten. Du bekommst das "beliebige Epsilon" dadurch, dass du am Anfang deines Beweises schreibst: "Sei Epsilon > 0 beliebig vorgegeben". Dann hast du ein beliebiges Epsilon. Das hat Jacques in seinem ersten Posting auch vergessen zu schreiben. Wenn man das nicht schreibt, fällt das Epsilon einfach so vom Himmel. Das ist dann eigentlich ganz formal gesehen kein korrekter Beweis, denn man muss alle Bezeichner, die man benutzt, auch irgendwann einmal eingeführt haben.
Huggy Auf diesen Beitrag antworten »

Manchmal muss man mit den Formeln etwa spielen oder brutal sein. Nach



kann man die brutale Variante versuchen:



Jetzt alles umdrehen:





Damit haben wir



Der Rest ist wie beim ersten Teil des Beweises. Es kommt sogar dasselbe heraus. Man brauchr kein Maximum zu bilden.

Alles klar?
WebFritzi Auf diesen Beitrag antworten »

Wieso macht ihr es so umständlich? Geht doch einfach direkt nach Definition vor:

Es gilt

Huggy Auf diesen Beitrag antworten »

Dieser Weg war offenbar zu einfach! smile
ushiro Auf diesen Beitrag antworten »

Vielen Dank Huggy! smile das konnte ich alles nachvollziehen! Da ich dann ein definitves in Abhängigkeit von habe, habe ich bewiesen, dass es immer diese Umgebung gibt, richtig?

Ich denke mal so schwer ist das eigentlich gar nicht, mir fehlt nur etwas Übung und noch so das richtige Gefühl dafür ..

WebFritzi:

Danke für die Beantwortung der 1. Frage smile das ist wirklich was, wo ich mich immer gewundert habe.
Diesen einfachen und direkten Weg den du vorgeschlagen hast, war allerdings noch etwas ZU direkt für mich Ups
WebFritzi Auf diesen Beitrag antworten »

Zitat:
Original von ushiro
Diesen einfachen und direkten Weg den du vorgeschlagen hast, war allerdings noch etwas ZU direkt für mich Ups


Aber genauso geht es. Der Weg, den Huggy mit dir eingeschlagen hat, war eigentlich nicht OK. Es geht schließlich nicht darum, die Folge abzuschätzen, sondern |Folge - Grenzwert|. Hier hattet ihr nur Glück.
ushiro Auf diesen Beitrag antworten »



WebFritzi Du hast also einfach die tatsächliche Differenz gebildet und dann abgeschätzt ist halt größer als , also ist der Quotient kleiner.

Und dann?







kann ich das bei jeder (einfacheren) Folge nach der Art machen??
WebFritzi Auf diesen Beitrag antworten »

Ja. Zumindest, wenn du das "einfacheren" so stehen lässt. Man hätte übrigens auch gleich anstatt 1/(4n²) durch 1/n abschätzen können.
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