Kurs:Analysis/Teil I/6/Klausur/latex

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%Daten zur Institution

%\input{Dozentdaten}

%\renewcommand{\fachbereich}{Fachbereich}

%\renewcommand{\dozent}{Prof. Dr. . }

%Klausurdaten

\renewcommand{\klausurgebiet}{ }

\renewcommand{\klausurtyp}{ }

\renewcommand{\klausurdatum}{ . 20}

\klausurvorspann {\fachbereich} {\klausurdatum} {\dozent} {\klausurgebiet} {\klausurtyp}

%Daten für folgende Punktetabelle


\renewcommand{\aeins}{ 3 }

\renewcommand{\azwei}{ 3 }

\renewcommand{\adrei}{ 2 }

\renewcommand{\avier}{ 4 }

\renewcommand{\afuenf}{ 4 }

\renewcommand{\asechs}{ 4 }

\renewcommand{\asieben}{ 7 }

\renewcommand{\aacht}{ 3 }

\renewcommand{\aneun}{ 4 }

\renewcommand{\azehn}{ 6 }

\renewcommand{\aelf}{ 6 }

\renewcommand{\azwoelf}{ 4 }

\renewcommand{\adreizehn}{ 5 }

\renewcommand{\avierzehn}{ 3 }

\renewcommand{\afuenfzehn}{ 3 }

\renewcommand{\asechzehn}{ 3 }

\renewcommand{\asiebzehn}{ 64 }

\renewcommand{\aachtzehn}{ }

\renewcommand{\aneunzehn}{ }

\renewcommand{\azwanzig}{ }

\renewcommand{\aeinundzwanzig}{ }

\renewcommand{\azweiundzwanzig}{ }

\renewcommand{\adreiundzwanzig}{ }

\renewcommand{\avierundzwanzig}{ }

\renewcommand{\afuenfundzwanzig}{ }

\renewcommand{\asechsundzwanzig}{ }

\punktetabellesechzehn

\klausurnote

\newpage


\setcounter{section}{0}




\inputaufgabegibtloesung
{3}
{

Definiere die folgenden \zusatzklammer {kursiv gedruckten} {} {} Begriffe. \aufzaehlungsechs{Eine \stichwort {Relation} {} zwischen den Mengen $X$ und $Y$.

}{Der \stichwort {Grad} {} eines Polynoms
\mathbed {P \in K[X]} {}
{P \neq 0} {}
{} {} {} {,} über einem Körper $K$.

}{Ein \stichwort {lokales Maximum} {} einer Funktion \maabbdisp {f} {D} {\R } {} \zusatzklammer {\mathlk{D \subseteq \R}{} eine Teilmenge} {} {} in einem Punkt
\mavergleichskette
{\vergleichskette
{x }
{ \in }{D }
{ }{ }
{ }{ }
{ }{ }
} {}{}{.}

}{Die \stichwort {Summierbarkeit} {} einer Familie
\mathbed {a_i} {}
{i \in I} {}
{} {} {} {,} komplexer Zahlen.

}{Die \stichwort {Taylor-Reihe} {} zu einer unendlich oft differenzierbaren Funktion \maabbdisp {f} {U} { {\mathbb K} } {} auf einer offenen Menge
\mathl{U \subseteq {\mathbb K}}{} in einem Punkt
\mathl{a \in U}{.}

}{Die \stichwort {Zeitunabhängigkeit} {} einer \definitionsverweis {gewöhnlichen Differentialgleichung}{}{}
\mathdisp {y'= f(t,y)} { . }
}

}
{} {}




\inputaufgabegibtloesung
{3}
{

Formuliere die folgenden Sätze. \aufzaehlungdrei{Der \stichwort {Satz über beschränkte Teilmengen} {} von $\R$.}{Der \stichwort {Satz über die Interpolation durch Polynome} {.}}{Der \stichwort {Mittelwertsatz der Integralrechnung} {.}}

}
{} {}




\inputaufgabegibtloesung
{2}
{

Es seien $L, M, N$ und $P$ Mengen und es seien \maabbeledisp {F} {L} {M } {x} {F(x) } {,} \maabbeledisp {G} {M} {N } {y} {G(y) } {,} und \maabbeledisp {H} {N} {P } {z} {H(z) } {,} \definitionsverweis {Abbildungen}{}{.} Zeige, dass dann
\mavergleichskettedisp
{\vergleichskette
{ H \circ (G \circ F) }
{ =} { (H \circ G) \circ F }
{ } { }
{ } { }
{ } { }
} {}{}{} gilt.

}
{} {}




\inputaufgabegibtloesung
{4 (1+1+2)}
{

a) Man gebe ein Beispiel für rationale Zahlen
\mavergleichskette
{\vergleichskette
{ a,b,c }
{ \in }{ {]0,1[} }
{ }{ }
{ }{ }
{ }{ }
} {}{}{} mit
\mavergleichskettedisp
{\vergleichskette
{ a^2+b^2 }
{ =} { c^2 }
{ } { }
{ } { }
{ } { }
} {}{}{.}

b) Man gebe ein Beispiel für rationale Zahlen
\mavergleichskette
{\vergleichskette
{ a,b,c }
{ \in }{ {]0,1[} }
{ }{ }
{ }{ }
{ }{ }
} {}{}{} mit
\mavergleichskettedisp
{\vergleichskette
{ a^2+b^2 }
{ \neq} { c^2 }
{ } { }
{ } { }
{ } { }
} {}{}{.}

c) Man gebe ein Beispiel für irrationale Zahlen
\mavergleichskette
{\vergleichskette
{ a,b }
{ \in }{ {]0,1[} }
{ }{ }
{ }{ }
{ }{ }
} {}{}{} und eine rationale Zahl
\mavergleichskette
{\vergleichskette
{ c }
{ \in }{ {]0,1[} }
{ }{ }
{ }{ }
{ }{ }
} {}{}{} mit
\mavergleichskettedisp
{\vergleichskette
{ a^2+b^2 }
{ =} { c^2 }
{ } { }
{ } { }
{ } { }
} {}{}{.}

}
{} {}




\inputaufgabegibtloesung
{4}
{

Beweise durch Induktion für alle
\mavergleichskette
{\vergleichskette
{ n }
{ \in }{ \N_+ }
{ }{ }
{ }{ }
{ }{ }
} {}{}{} die Formel
\mavergleichskettedisp
{\vergleichskette
{ \sum_{k = 1}^n (-1)^{k-1} k^2 }
{ =} { (-1)^{n+1} { \frac{ n(n+1) }{ 2 } } }
{ } { }
{ } { }
{ } { }
} {}{}{.}

}
{} {}




\inputaufgabegibtloesung
{4}
{

Zeige, dass die Reihe
\mathdisp {\sum_{n=1}^\infty { \frac{ z^n }{ n^n } }} { }
für jedes
\mavergleichskette
{\vergleichskette
{z }
{ \in }{ {\mathbb C} }
{ }{ }
{ }{ }
{ }{ }
} {}{}{} \definitionsverweis {absolut konvergiert}{}{.}

}
{} {}




\inputaufgabegibtloesung
{7}
{

Beweise den Satz über die stetige Fortsetzbarkeit einer Funktion
\mathl{T\longrightarrow {\mathbb K}}{,} wobei
\mavergleichskette
{\vergleichskette
{ T }
{ \subseteq }{ {\mathbb K} }
{ }{ }
{ }{ }
{ }{ }
} {}{}{} eine Teilmenge ist.

}
{} {}




\inputaufgabegibtloesung
{3}
{

Es sei $T$ eine Menge und seien \maabbdisp {f_n} {T} { {\mathbb K} } {} und \maabbdisp {g_n} {T} { {\mathbb K} } {} zwei \definitionsverweis {gleichmäßig konvergente}{}{} \definitionsverweis {Funktionenfolgen}{}{.} Zeige, dass auch die Summenfolge \maabbeledisp {f_n+g_n} {T } { {\mathbb K} } {t} { f_n(t) +g_n(t) } {,} gleichmäßig konvergent ist.

}
{} {}




\inputaufgabegibtloesung
{4}
{

Es seien \maabbdisp {f,g} {\R} {\R } {} zwei \definitionsverweis {differenzierbare Funktionen}{}{.} Es sei $a \in \R$. Es gelte
\mathdisp {f(a) \geq g(a) \text{ und } f'(x) \geq g'(x) \text { für alle } x \geq a} { . }
Zeige, dass
\mathdisp {f(x) \geq g(x) \text { für alle } x \geq a \text{ gilt}} { . }

}
{} {}




\inputaufgabegibtloesung
{6 (4+2)}
{

Wir betrachten die Funktion \maabbeledisp {f} {\R_+} {\R } {x} {f(x) = 1 + \ln x - \frac{1}{x} } {.}

a) Zeige, dass $f$ eine stetige Bijektion zwischen \mathkor {} {\R_+} {und} {\R} {} definiert.

b) Bestimme das Urbild $u$ von $0$ unter $f$ sowie $f'(u)$ und $(f^{-1})'(0)$. Fertige eine grobe Skizze für die Umkehrfunktion $f^{-1}$ an.

}
{} {}




\inputaufgabegibtloesung
{6}
{

Es sei \maabbeledisp {f} {{\mathbb C}} {{\mathbb C} } {z} {f(z) } {,} ein Polynom vom Grad $d \geq 2$,
\mathl{w \in {\mathbb C}}{} ein Punkt und $t(z)$ die Tangente an $f$ im Punkt $w$. Zeige die Beziehung
\mavergleichskettedisp
{\vergleichskette
{ f(z)-t(z) }
{ =} { (z-w)^2 g(z) }
{ } { }
{ } { }
{ } { }
} {}{}{} mit einem Polynom
\mathl{g(z)}{} vom Grad
\mathl{d-2}{.}

}
{} {}




\inputaufgabegibtloesung
{4}
{

Bestimme das \definitionsverweis {Taylor-Polynom}{}{} der Ordnung $3$ zur Funktion
\mavergleichskettedisp
{\vergleichskette
{ f(x) }
{ =} { x \cdot \sin x }
{ } { }
{ } { }
{ } { }
} {}{}{} im Entwicklungspunkt
\mavergleichskette
{\vergleichskette
{a }
{ = }{ { \frac{ \pi }{ 2 } } }
{ }{ }
{ }{ }
{ }{ }
} {}{}{.}

}
{} {}




\inputaufgabegibtloesung
{5}
{

Beweise den Mittelwertsatz der Integralrechnung.

}
{} {}




\inputaufgabegibtloesung
{3}
{

Berechne das \definitionsverweis {bestimmte Integral}{}{} zur Funktion \maabbeledisp {f} {\R_+} {\R } {x} {f(x) = \sqrt{x} - { \frac{ 1 }{ \sqrt{x} } } + { \frac{ 1 }{ 2x+3 } } -e^{-x} } {,} über
\mathl{[1,4]}{.}

}
{} {}




\inputaufgabegibtloesung
{3}
{

Bestimme eine \definitionsverweis {Stammfunktion}{}{} für die \definitionsverweis {Funktion}{}{}
\mathdisp {{ \frac{ 1 }{ \sinh t } }} { }
für
\mathl{t>0}{.}

}
{} {}




\inputaufgabegibtloesung
{3 (1+2)}
{

a) Bestimme eine Lösung der Differentialgleichung
\mavergleichskettedisp
{\vergleichskette
{y' }
{ =} { { \frac{ 2t }{ t^2+1 } } y }
{ } { }
{ } { }
{ } { }
} {}{}{.}

b) Bestimme eine Lösung der Differentialgleichung
\mavergleichskettedisp
{\vergleichskette
{y' }
{ =} { { \frac{ 2t }{ t^2+1 } } y+t^2 }
{ } { }
{ } { }
{ } { }
} {}{}{.}

}
{} {}