Kurs:Analysis/Teil II/2/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}{ 3 }

\renewcommand{\avier}{ 6 }

\renewcommand{\afuenf}{ 4 }

\renewcommand{\asechs}{ 4 }

\renewcommand{\asieben}{ 8 }

\renewcommand{\aacht}{ 8 }

\renewcommand{\aneun}{ 4 }

\renewcommand{\azehn}{ 6 }

\renewcommand{\aelf}{ 5 }

\renewcommand{\azwoelf}{ 2 }

\renewcommand{\adreizehn}{ 4 }

\renewcommand{\avierzehn}{ 4 }

\renewcommand{\afuenfzehn}{ 64 }

\renewcommand{\asechzehn}{ }

\renewcommand{\asiebzehn}{ }

\renewcommand{\aachtzehn}{ }

\renewcommand{\aneunzehn}{ }

\renewcommand{\azwanzig}{ }

\renewcommand{\aeinundzwanzig}{ }

\renewcommand{\azweiundzwanzig}{ }

\renewcommand{\adreiundzwanzig}{ }

\renewcommand{\avierundzwanzig}{ }

\renewcommand{\afuenfundzwanzig}{ }

\renewcommand{\asechsundzwanzig}{ }

\punktetabellevierzehn

\klausurnote

\newpage


\setcounter{section}{0}




\inputaufgabegibtloesung
{3}
{

Definiere die folgenden \zusatzklammer {kursiv gedruckten} {} {} Begriffe. \aufzaehlungsechs{Der \stichwort {Grenzwert} {} einer Abbildung \maabbdisp {f} {T} { L } {} in $a \in M$, wobei
\mathl{L,M}{} metrische Räume sind,
\mathl{T \subseteq M}{} eine Teilmenge und
\mathl{a \in M}{} ein Berührpunkt von $T$ ist.

}{Ein \stichwort {wegzusammenhängender} {} metrischer Raum $M$.

}{Die \stichwort {Differenzierbarkeit} {} einer Funktion \maabbdisp {f} {I} {V } {} in einem Punkt
\mathl{t \in I}{,} wobei $I$ ein Intervall und $V$ ein endlichdimensionaler reeller Vektorraum ist.

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

}{Die \stichwort {Richtungsableitung} {} einer Abbildung \maabbdisp {f} {G} {W } {} in Richtung
\mathl{v \in V}{,} wobei
\mathl{V,W}{} endlichdimensionale reelle Vektorräume sind mit
\mathl{G \subseteq V}{} offen und
\mathl{v \in V}{.}

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

}
{} {}




\inputaufgabegibtloesung
{3}
{

Formuliere die folgenden Sätze. \aufzaehlungdrei{Das \stichwort {Folgenkriterium für die Stetigkeit} {} in einem Punkt
\mathl{x \in L}{} zu einer Abbildung \maabbdisp {\varphi} {L} {M } {} zwischen metrischen Räumen \mathkor {} {L} {und} {M} {.}}{Der \stichwort {Fundamentalsatz der Algebra} {.}}{Das \stichwort {Ableitungskriterium} {} für die Lipschitz-Eigenschaft eines Vektorfeldes \maabbdisp {f} {I \times U } { \R^n } {.}}

}
{} {}




\inputaufgabegibtloesung
{3}
{

Zeige, dass für
\mavergleichskette
{\vergleichskette
{ u,v_1,v_2 }
{ \in }{ \R^n }
{ }{ }
{ }{ }
{ }{ }
} {}{}{} die Abschätzung
\mavergleichskettedisp
{\vergleichskette
{ \betrag { e^{ { \mathrm i} \left\langle u , v_1 \right\rangle } - e^{ { \mathrm i} \left\langle u , v_2 \right\rangle } } }
{ \leq} { \Vert {u} \Vert \cdot \Vert {v_1-v_2} \Vert }
{ } { }
{ } { }
{ } { }
} {}{}{} gilt.

}
{} {}




\inputaufgabegibtloesung
{6}
{

Es sei ${ \left( x_n \right) }_{n \in \N }$ eine Folge in einem \definitionsverweis {metrischen Raum}{}{} $(M,d)$. Es sei $H$ die Menge aller \definitionsverweis {Häufungspunkte}{}{} der Folge und
\mavergleichskettedisp
{\vergleichskette
{ A }
{ =} { \{x_n: \, n \in \N \} \cup H }
{ } { }
{ } { }
{ } { }
} {}{}{.} Zeige, dass $A$ eine \definitionsverweis {abgeschlossene Teilmenge}{}{} von $M$ ist.

}
{} {}




\inputaufgabegibtloesung
{4}
{

Die folgende Tabelle zeigt eine Auswahl der Gastgeberländer und der Weltmeister der Fußballweltmeisterschaften von 1970 bis 2014. \matabelledreineun {\leitzeileunddrei {Jahr} {Gastgeber} {Weltmeister} } {\madoppelzeileunddrei {1970} {\text{Mexiko}} {\text{Brasilien}} {1974} {\text{Deutschland}} {\text{Deutschland}} }
{\madoppelzeileunddrei {1982} {\text{Spanien}} {\text{Italien}} {1990} {\text{Italien}} {\text{Deutschland}} }
{\madoppelzeileunddrei {1994} {\text{USA}} {\text{Brasilien}} {2002} {\text{Japan und Korea}} {\text{Brasilien}} }
{\madoppelzeileunddrei {2010} {\text{Südafrika}} {\text{Spanien}} {2014} {\text{Brasilien}} {\text{Deutschland} } {} {} {} } Es sei $L=\{B,D,I,JuK,M,S,SA, U \}$ die Menge der Gastgeberländer und \maabbdisp {\varphi} {L} {L } {} die Abbildung, die dem Gastgeberland den Weltmeister zuordnet. Gibt es auf $L$ eine Metrik derart, dass $L$ zu einem vollständigen metrischen Raum wird und dass $\varphi$ eine starke Kontraktion ist?

}
{} {}




\inputaufgabegibtloesung
{4}
{

Es sei
\mavergleichskette
{\vergleichskette
{I }
{ \subseteq }{\R }
{ }{ }
{ }{ }
{ }{ }
} {}{}{} ein Intervall,
\mathl{W}{} ein \definitionsverweis {reeller Vektorraum}{}{} und \maabbdisp {\varphi} {I} {W } {} eine \definitionsverweis {differenzierbare Kurve}{}{.} Zeige, dass zwischen dem \definitionsverweis {totalen Differential}{}{} und der \definitionsverweis {Kurven-Ableitung}{}{} die Beziehung
\mavergleichskettedisp
{\vergleichskette
{ { \left( D\varphi \right) }_{t} { \left( 1 \right) } }
{ =} { \varphi'(t) }
{ } { }
{ } { }
{ } { }
} {}{}{} besteht.

}
{} {}




\inputaufgabegibtloesung
{8 (5+3)}
{

a) Bestimme den Lösungsraum des linearen Differentialgleichungssystems
\mathdisp {\begin{pmatrix} x \\y \end{pmatrix}' = \begin{pmatrix} 1 & 2 \\ 3 & 5 \end{pmatrix} \begin{pmatrix} x \\y \end{pmatrix}} { . }

b) Löse das Anfangswertproblem
\mathdisp {\begin{pmatrix} x \\y \end{pmatrix}' = \begin{pmatrix} 1 & 2 \\ 3 & 5 \end{pmatrix} \begin{pmatrix} x \\y \end{pmatrix}} { }
mit der Anfangsbedingung
\mathl{\begin{pmatrix} x(0) \\y(0) \end{pmatrix} =\begin{pmatrix} -4 \\3 \end{pmatrix}}{.}

}
{} {}




\inputaufgabegibtloesung
{8}
{

Beweise den Satz von Schwarz.

}
{} {}




\inputaufgabegibtloesung
{4}
{

Bestimme das Taylor-Polynom zweiter Ordnung der Funktion \maabbeledisp {f} {\R^3} {\R } {(x,y,z)} {f(x,y,z) = e^{x } yz^2 -xy } {,} im Punkt
\mathl{(1,0,-1)}{.}

}
{} {}




\inputaufgabegibtloesung
{6 (2+1+1+2)}
{

Es sei \maabb {f} {\R} { \R } {} eine \definitionsverweis {stetige Funktion}{}{.} Wir betrachten das \definitionsverweis {bestimmte Integral}{}{} $\int_a^b f(t) dt$ als Funktion in den beiden Grenzen, also die Abbildung \maabbeledisp {G} {\R^2} { \R } {(a,b)} { G(a,b) = \int_a^b f(t) dt } {.} \aufzaehlungvier{Bestimme die \definitionsverweis {kritischen Punkte}{}{} von $G$. }{Erstelle die Hesse-Matrix zu $G$ unter der zusätzlichen Voraussetzung, dass $f$ stetig differenzierbar ist. }{Formuliere das Minorenkriterium für Extrema in der Situation von (2). }{Man erläutere diese Ergebnisse inhaltlich unter Bezug zur Bedeutung des bestimmten Integrals. }

}
{} {}




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

Wir betrachten die Abbildung \maabbeledisp {\varphi} {\R^6} {\R^4 } {(a,b,c,d,u,v)} {(au+bv+c+d,ad-bc,ac-b^2,bd-c^2) } {.}

a) Bestimme die Jacobi-Matrix zu dieser Abbildung.

b) Zeige, dass $\varphi$ im Nullpunkt nicht regulär ist.

c) Zeige, dass $\varphi$ in
\mathl{(1,1,0,0,1,1)}{} regulär ist.

}
{} {}




\inputaufgabegibtloesung
{2 (1+1)}
{

Es sei \maabbdisp {f} {\R} {\R } {} eine Funktion.

a) Realisiere den \definitionsverweis {Graphen}{}{} von $f$ als \definitionsverweis {Faser}{}{} zu einer Abbildung \maabbdisp {} {\R^2} {\R } {} über $0$.

b) Es sei $f$ stetig differenzierbar. Zeige, dass die Punkte auf dem Graphen von $f$ \definitionsverweis {regulär}{}{} sind.

}
{} {}




\inputaufgabegibtloesung
{4}
{

Beweise den Satz über den Zusammenhang von Anfangswertproblemen und Integralgleichungen.

}
{} {}




\inputaufgabegibtloesung
{4 (2+2)}
{

Wir betrachten das \definitionsverweis {Vektorfeld}{}{} \maabbeledisp {G} {\R^3 } {\R^3 } {(x,y,z)} { \left( y - \cos \left( x+z \right) , \, x , \, 2z - \cos \left( x+z \right) \right) } {.}

a) Zeige mit Hilfe der Integrabilitätsbedingung, dass $G$ ein \definitionsverweis {Gradientenfeld}{}{} ist.

b) Bestimme ein \definitionsverweis {Potential}{}{} zu $G$.

}
{} {}