Analysis I & II UniBas Basel

Gesammter Stoff für die Mündliche Prüfung,Enthält die wichtigsten Sätze aus dem SkriptUniBas Analysis I & II, HS2020 - FS2021

Gesammter Stoff für die Mündliche Prüfung,Enthält die wichtigsten Sätze aus dem SkriptUniBas Analysis I & II, HS2020 - FS2021


T. B.
Diese Lernkarten decken grundlegende und fortgeschrittene Konzepte der Analysis auf universitärem Niveau ab, von Folgen und Reihen über Konvergenzkriterien bis zu Differentialgleichungen und Umkehrabbildungen. Zentrale Themen wie Stetigkeit, Differenzierbarkeit, Konvergenzbeweise und Anwendungen des Banachschen Fixpunktsatzes werden anhand konkreter Beispiele und Beweise vertieft. Studierende profitieren von diesem Set, da es komplexe mathematische Zusammenhänge strukturiert aufbereitet und durch praxisnahe Aufgaben das Verständnis für Analysis vertieft.
Cartes-fiches
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6
Langue
Allemand
Catégorie
Mathématiques
Niveau
Université
Créé / Mis à jour
05.01.2022 / 15.05.2026

Cartes-fiches

Satz über die Umkehrabbildung

Sei \(U \subset \mathbb{R}^n\) offen und \(f: U \to \mathbb{R}^n\) eine stetig ableitbare Funktion.
Sei \(a \in U\) und \(b := f(a)\), sowie \(\det Df(a) \neq 0\).

Dann existieren offene Umgebungen \(U_0 \subset U\) von \(a\) und \(V_0 \subset \mathbb{R}^n\) von \(b\) so dass

\(f: U_0 \to V_0\) bijektiv ist und die Umkehrabbildung \(g = f^{-1}: V_0 \to U_0\) eine stetig ableitbare funktion ist.

Es gilt:

\(Dg(b) = (Df(a))^{-1}\)

 

Erklärung: Wenn die determinante der Jakobimatrix an der Stelle a nicht null ist, dann existiert eine umgebung um a an der die Funktion umkehrbar ist.

Libschitz Bedingung.

Globale Libschitz Bedingung

F genügt einer gobalen Libschitz bedingung mit der konstanten \(L \geq 0\) wenn

\(|| f(x,y) - f(x,\eta)|| \leq L || y-\eta||\) für alle \((x,y), (x,\eta) \in I \times V\)

F genügt einer lokalen Libschitz bedingung wenn für jeden punkt \((x_0, y_0)\) eine umgebung u sowie eine konstante L existiert so dass in dieser umgebund die globale libschitz bedingung erfüllt wird.

Existenzsatz von Picard Lindelöf

 

Für eine offene Menge \(I \times V \subset \mathbb{R}\times \mathbb{R}^n \) und die stetige Funktion \(f: I \times V \to \mathbb{R}^n\) die einer lokalen Lipschitz Bedingung bezüglich y genügt, gilt:

Es existeiert zu jedem \((x_0, y_0) \in I \times V\) ein \(\varepsilon = \varepsilon(x_0, y_0) > 0\) und eine Lösung

\(y: [x_0 - \varepsilon, x_0 + \varepsilon] \to \mathbb{R}^n\)

der Differentialgleichung \(y' = f (x,y)\) mit der Bedingung \(y(x_0) = y_0\).

Quotientenkriterium & Beweis

Eine Reihe \(\displaystyle \sum_{n=0}^\infty a_n\) mit \(a_n \neq 0\) konvergiert wenn ab einem \(n \geq n_0\) eine zahl \(\theta\) existiert so dass

\(\displaystyle \left|\frac{a_{n+1}}{a_n}\right| \leq \theta\).

Es genügt nicht \(\displaystyle \left|\frac{a_{n+1}}{a_n}\right| < 1\), es muss ein spezifisches \(\theta\) gefunden werden.

Beweis:

\(|a_n| \leq \theta|a_{n-1}| \leq \theta^2|a_{n-2}| \leq ... \).

Daher ist \(\sum_{n=0}^\infty|a_0|\theta^n\) ist eine majorante.

Geometrische Reihe
\(\displaystyle \sum_{n=0}^\infty |a_0|\theta^n = |a_0|\frac{1}{1-\theta}\).

 

Hinreichend/ nicht notwendig TODO

Einschliessungs-Kriterium/Sandwich-Kriterium

Seien \((a_n), (b_n), (c_n)\) Folgen, so dass \(a_n \leq b_n \leq c_n, \quad \forall n \geq N_0\).

Dann gilt \(a_n \to a \text{ und } c_n \to a \quad \Rightarrow \quad c_n \to a\).

Bemerkung \((a_n)\) und \((c_n)\) schliessen \((b_n)\) ein.

Beispiele Für Ableitungen (via Limes)

f(x) = c (konst)
f(x) = x
f(x) = x^2
 

f(x) = c konst
\(f'(x) =\lim_{h\to 0} \frac{f(x+h) - f(x)}{h} = \frac{c - c}{h} = 0\)
f(x) = x

\(f'(x) = \lim_{h\to0} \frac{f(x+h) - f(x)}{h} = \lim_{h\to0} \frac{x+h - x}{h} = \lim_{h\to0}\frac{h}{h} = 1\)

f(x) = x^2
\(f'(x) = \lim_{h \to 0} \frac{f(x+h) - f(x)}{h} = \lim_{h \to 0} \frac{(x+h)^2 - x^2}{h} \)

\(= \lim_{h \to 0} \frac{x^2 + 2xh + h^2 - x^2}{h} = \lim_{h \to 0} \frac{2xh + h^2}{h} = \lim_{h \to 0} 2x + h = 2x\)

Satz über implizite Funktionen

Für \(F(a,b) = 0\) existiert eine umgebung \(U\) um \((a,b)\) in welcher \(g(x)\) existiert mit \(F(x,g(x)) = 0\) genau dann wenn \(\frac{\partial F}{\partial y} = \begin{bmatrix}\frac{\partial F_1}{\partial y_1} & ... & \frac{\partial F_1}{\partial y_n}\\ \vdots &&\vdots\\\frac{\partial F_m}{\partial y_1}&...&\frac{\partial F_m}{\partial y_n}\end{bmatrix}\) invertierbar.

Umkehrabbildung

Für \(f: U \to \mathbb{R}^n\) gilt:

Wenn \(\det D f(a) \neq 0\) dann gibt es eine offene Umgebung um \(a\) in der f bijektiv ist und
die umkehrabbildung \(g\) existiert mit:

\(Dg(f(a)) = (Df(a))^{-1}\)

 

BSP

\(f(x,y) = (x^2-y^2, 2xy)\)

\(Df(x,y) = \begin{pmatrix}2x & -2y\\2y & 2x\end{pmatrix}\)

\(det Df(x,y) = 2(x^2 + y^2) \neq 0\) für \((x,y) \neq (0,0)\)

Differential Gleichungen Beispiele

  • \(y'=x^2*y^2\)
  • \(y' = x^2 y\)
  • \(y' = e^x y^2\)

\(y'=x^2*y^2\)

\(\frac{dy}{dx} = x^2y^2\)

\(\frac{dy}{y^2} = x^2 dx\)

\(\int \frac{1}{y^2}dy = \int x^2 dx\)

\(\frac{1}{-1}y^{-1} = \frac{1}{3}x^3 + C\)

\(y = - \frac{3}{x^3 + C}\)

Iterationsverfahren von Picard-Lindelöf

\(\displaystyle y_{k+1}(x) := y_0 + \int_{x_0}^x f(t,y_k(t))dt\)

BSP:

\(y' = 2xy, \quad y(0) = 1\)

\(y_1 = 1 + \int_0^x 2t*1 dx = 1 + x^2\)

\(y_2 = 1 + \int_0^x 2t * (1+ t^2) dx\)

Liste von Konvergenzkriterien für Reihen

  • Folge der Partialsummen Konvergiert
  • Geometrische Reihe
  • Cauchy Kriterium
  • Majorantenkriterium
  • Leibnitz Kriterium
  • Quotientenkriterium

Beispiele für Positiv Definite und Negativ Definite Matrix

Negativ Definit

\(\displaystyle \begin{bmatrix}-1 & 0\\0 & -1\end{bmatrix}\)

Positiv Definit

\(\displaystyle \begin{bmatrix}1 & 0\\0 & 1\end{bmatrix}\)

(Hurwitz Kriterium)

Zeige mit dem Quotientenkriterium dass folgende Folge konvergiert:

\(\displaystyle \sum_{k=1}^\infty \frac{1}{k^2}\)

Quotientenkriterium: \(\left|\frac{a_{n+1}}{a_n}\right| < \varepsilon\)

\(\left|\frac{\frac{1}{(k+1)^2}}{\frac{1}{k^2}}\right| = \left|\frac{1}{(k+1)^2}k^2\right| = \left|\frac{k^2}{k^2+2k+1}\right| = \left|\frac{1}{1 + \frac{2}{k} + \frac{1}{k^2}}\right|\)

\(\lim_{k\to \infty}\left|\frac{1}{1 + \frac{2}{k} + \frac{1}{k^2}}\right| = \left|\frac{1}{1+0+0}\right| = 1 \leq \varepsilon\)

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