Kurs:Analysis/Teil II/13/Klausur/latex

Aus Wikiversity

%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}{ 3 }

\renewcommand{\avier}{ 6 }

\renewcommand{\afuenf}{ 9 }

\renewcommand{\asechs}{ 3 }

\renewcommand{\asieben}{ 4 }

\renewcommand{\aacht}{ 5 }

\renewcommand{\aneun}{ 5 }

\renewcommand{\azehn}{ 6 }

\renewcommand{\aelf}{ 5 }

\renewcommand{\azwoelf}{ 9 }

\renewcommand{\adreizehn}{ 3 }

\renewcommand{\avierzehn}{ 64 }

\renewcommand{\afuenfzehn}{ }

\renewcommand{\asechzehn}{ }

\renewcommand{\asiebzehn}{ }

\renewcommand{\aachtzehn}{ }

\renewcommand{\aneunzehn}{ }

\renewcommand{\azwanzig}{ }

\renewcommand{\aeinundzwanzig}{ }

\renewcommand{\azweiundzwanzig}{ }

\renewcommand{\adreiundzwanzig}{ }

\renewcommand{\avierundzwanzig}{ }

\renewcommand{\afuenfundzwanzig}{ }

\renewcommand{\asechsundzwanzig}{ }

\punktetabelledreizehn

\klausurnote

\newpage


\setcounter{section}{0}




\inputaufgabegibtloesung
{3}
{

Definiere die folgenden \zusatzklammer {kursiv gedruckten} {} {} Begriffe. \aufzaehlungsechs{Eine \stichwort {Metrik} {} auf einer Menge $M$.

}{Eine \stichwort {Lipschitz-stetige} {} Abbildung \maabbdisp {f} {L} {M } {} zwischen den metrischen Räumen \mathkor {} {L} {und} {M} {.}

}{Ein \zusatzklammer {zeitabhängiges} {} {} \stichwort {Vektorfeld} {} auf einer offenen Menge
\mathl{U \subseteq \R^n}{.}

}{Die \stichwort {partielle Differenzierbarkeit} {} einer Funktion \maabb {f} {\R^n} { \R } {} in einem Punkt
\mavergleichskette
{\vergleichskette
{P }
{ = }{ \left( a_1 , \, \ldots , \, a_n \right) }
{ \in }{ \R^n }
{ }{ }
{ }{ }
} {}{}{.}

}{Eine \stichwort {Bilinearform} {}
\mathl{\left\langle - , - \right\rangle}{} auf einem $K$-\definitionsverweis {Vektorraum}{}{} $V$.

}{Die \stichwort {Integrabilitätsbedingung} {} eines differenzierbaren \definitionsverweis {Vektorfeldes}{}{} \maabbdisp {G} {U} {\R^n } {,} wobei
\mathl{U \subseteq \R^n}{} eine \stichwort {offene Teilmenge} {} ist. }

}
{} {}




\inputaufgabegibtloesung
{3}
{

Formuliere die folgenden Sätze. \aufzaehlungdrei{Die \stichwort {Formel für die Bogenlänge des Graphen} {} einer \definitionsverweis {stetig differenzierbaren Funktion}{}{} \maabbdisp {f} {[a,b]} {\R } {.}}{Der \stichwort {Satz über die Beziehung zwischen der Definitheit der Hesse-Form und Extrema} {} einer Funktion \maabbdisp {f} {\R^n} {\R } {} in einem Punkt
\mathl{P \in \R^n}{.}}{Der \stichwort {Satz über den Zusammenhang von Anfangswertproblemen und Integralgleichungen} {.}}

}
{} {}




\inputaufgabegibtloesung
{3}
{

Es sei
\mathl{(M,d)}{} ein \definitionsverweis {metrischer Raum}{}{} und sei
\mavergleichskette
{\vergleichskette
{ P }
{ \in }{ M }
{ }{ }
{ }{ }
{ }{ }
} {}{}{} ein Punkt. Zeige, dass $\{P\}$ \definitionsverweis {abgeschlossen}{}{} ist.

}
{} {}




\inputaufgabegibtloesung
{6}
{

Beweise die Aussage, dass eine Folge
\mathl{{ \left( z_n \right) }_{n \in \N }}{} im
\mathl{\R^m}{} \zusatzklammer {versehen mit der euklidischen Metrik} {} {} genau dann konvergiert, wenn sämtliche Komponentenfolgen konvergieren.

}
{} {}




\inputaufgabegibtloesung
{9}
{

Beweise den Fundamentalsatz der Algebra.

}
{} {}




\inputaufgabegibtloesung
{3}
{

Von einer Bewegung \maabbdisp {\varphi} {]0, { \frac{ \pi }{ 2 } } [} {\R^3 } {} sei der Geschwindigkeitsverlauf
\mavergleichskettedisp
{\vergleichskette
{ \varphi'(t) }
{ =} { \left( { \frac{ 1 }{ t } } , \, \tan { \left( t \right) } , \, e^{-t} \right) }
{ } { }
{ } { }
{ } { }
} {}{}{} bekannt. Ferner sei
\mavergleichskettedisp
{\vergleichskette
{\varphi { \left( { \frac{ \pi }{ 4 } } \right) } }
{ =} { (0,0,0) }
{ } { }
{ } { }
{ } { }
} {}{}{} bekannt. Bestimme $\varphi(t)$.

}
{} {}




\inputaufgabegibtloesung
{4}
{

Löse das \definitionsverweis {lineare Anfangswertproblem}{}{}
\mathdisp {\begin{pmatrix} v_1 \\v_2 \end{pmatrix}' = \begin{pmatrix} -2 & 7 \\ 0 & 3 \end{pmatrix} \begin{pmatrix} v_1 \\v_2 \end{pmatrix} \text{ mit } \begin{pmatrix} v_1(0) \\v_2(0) \end{pmatrix} = \begin{pmatrix} -4 \\6 \end{pmatrix}} { . }

}
{} {}




\inputaufgabegibtloesung
{5}
{

Löse das \definitionsverweis {Anfangswertproblem}{}{}
\mathdisp {y^{\prime \prime} = y' y + \sin t \text{ mit } y(0) =0 \text{ und } y'(0)=1} { }
mit einem \definitionsverweis {Potenzreihenansatz}{}{} bis zur Ordnung $5$.

}
{} {}




\inputaufgabegibtloesung
{5 (2+2+1)}
{

Es sei $f$ ein reelles Polynom in $n$ Variablen mit der Eigenschaft, dass sämtliche in $f$ vorkommenden Monome den gleichen Grad $d$ haben. Es ist also
\mavergleichskettedisp
{\vergleichskette
{ f (x_1 ,x_2 , \ldots , x_n) }
{ =} { \sum_{ (r_1 ,r_2 , \ldots , r_n) \, , \sum_j r_j = d } a_r x_1^{r_1} x_2^{r_2} \cdots x_n^{r_n} }
{ } { }
{ } { }
{ } { }
} {}{}{.} \aufzaehlungdrei{Zeige
\mavergleichskettedisp
{\vergleichskette
{ f(tx_1 ,tx_2 , \ldots , tx_n) }
{ =} { t^d \cdot f(x_1 ,x_2 , \ldots , x_n) }
{ } { }
{ } { }
{ } { }
} {}{}{} für
\mavergleichskette
{\vergleichskette
{ t }
{ \in }{ \R }
{ }{ }
{ }{ }
{ }{ }
} {}{}{.} }{Zeige, dass $f$ kein isoliertes lokales Extremum in einem Punkt
\mavergleichskette
{\vergleichskette
{ P }
{ \in }{ \R^n }
{ }{ }
{ }{ }
{ }{ }
} {}{}{,}
\mavergleichskette
{\vergleichskette
{ P }
{ \neq }{ \left( 0 , \, 0 , \, \ldots , \, 0 \right) }
{ }{ }
{ }{ }
{ }{ }
} {}{}{} besitzt. }{Es sei $d$ ungerade. Zeige, dass $f$ kein isoliertes lokales Extremum im Nullpunkt besitzt. }

}
{} {}




\inputaufgabegibtloesung
{6 (1+5)}
{

Wir betrachten die Funktion \maabbeledisp {} {[1,2]} { \R } {t} {g(t) = { \frac{ 1 }{ t } } } {.} \aufzaehlungzwei {Beschreibe den Flächeninhalt zur unteren maximalen Treppenfunktion zu $g$ zur Intervallunterteilung
\mavergleichskette
{\vergleichskette
{1 }
{ \leq }{x }
{ \leq }{y }
{ \leq }{2 }
{ }{ }
} {}{}{} in Abhängigkeit von \mathkor {} {x} {und} {y} {.} } {Bestimme das Punktepaar $(x,y)$ zwischen \mathkor {} {1} {und} {2} {,} für das der Flächeninhalt zur unteren maximalen Treppenfunktion zu $g$ zur Intervallunterteilung
\mavergleichskette
{\vergleichskette
{1 }
{ \leq }{x }
{ \leq }{y }
{ \leq }{2 }
{ }{ }
} {}{}{} maximal wird. Welchen Wert hat dieser Flächeninhalt? }

}
{} {}




\inputaufgabegibtloesung
{5}
{

Formuliere und beweise die Mittelwertabschätzung für eine stetig differenzierbare Funktion \maabbdisp {\varphi} {G} {W } {,} \zusatzklammer {
\mavergleichskettek
{\vergleichskettek
{ G }
{ \subseteq }{ V }
{ }{ }
{ }{ }
{ }{ }
} {}{}{} offen, $V,W$ euklidische Vektorräume} {} {.}

}
{} {}




\inputaufgabegibtloesung
{9 (1+2+1+5)}
{

Es sei \maabbeledisp {f} {\R^2} {\R } {(x,y)} {x^2+2y^2 } {.}

a) Bestimme das zugehörige Gradientenfeld
\mathl{\operatorname{Grad} \, f}{.}

b) Beschreibe die Lösungskurven zur zugehörigen Differentialgleichung
\mavergleichskettedisp
{\vergleichskette
{v' }
{ =} { \operatorname{Grad} \, f (v) }
{ } { }
{ } { }
{ } { }
} {}{}{} zu einer Anfangsbedingung
\mavergleichskettedisp
{\vergleichskette
{ v(0) }
{ =} { \begin{pmatrix} a \\b \end{pmatrix} }
{ } { }
{ } { }
{ } { }
} {}{}{.}

c) Bestimme in Abhängigkeit von
\mathl{(a,b)}{} den Ort, wo sich die Lösung zum Zeitpunkt
\mavergleichskette
{\vergleichskette
{t }
{ = }{1 }
{ }{ }
{ }{ }
{ }{ }
} {}{}{} befindet.

d) Wir beschränken uns nun auf Anfangsbedingungen
\mavergleichskettedisp
{\vergleichskette
{ v(0) }
{ =} { \begin{pmatrix} a \\b \end{pmatrix} }
{ } { }
{ } { }
{ } { }
} {}{}{} mit
\mavergleichskettedisp
{\vergleichskette
{ f(a,b) }
{ =} { 1 }
{ } { }
{ } { }
{ } { }
} {}{}{.} Für welchen dieser Anfangspunkte ist der Wert von $f$ am Ortspunkt der Lösung zum Zeitpunkt
\mavergleichskette
{\vergleichskette
{t }
{ = }{1 }
{ }{ }
{ }{ }
{ }{ }
} {}{}{} extremal?

}
{} {}




\inputaufgabegibtloesung
{3}
{

Wir betrachten den \definitionsverweis {Subgraphen}{}{} zur positiven Standardparabel, also
\mavergleichskettedisp
{\vergleichskette
{ S }
{ =} { { \left\{ (x,y) \mid x\in \R_{\geq 0} , \, 0 \leq y \leq x^2 \right\} } }
{ } { }
{ } { }
{ } { }
} {}{}{.} Zeige, dass $S$ nicht \definitionsverweis {sternförmig}{}{} ist.

}
{} {}