Kurs:Analysis (Osnabrück 2021-2023)/Teil II/Arbeitsblatt 35/latex

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\setcounter{section}{35}






\zwischenueberschrift{Übungsaufgaben}




\inputaufgabe
{}
{

Bestimme den \definitionsverweis {Abschluss}{}{} von $\Q$ in $\R$

}
{} {}




\inputaufgabegibtloesung
{}
{

Bestimme den \definitionsverweis {Abschluss}{}{} für die folgenden Teilmengen von $\R_{\geq 0}$. \aufzaehlungzwei {Sei
\mavergleichskette
{\vergleichskette
{ k }
{ \in }{ \N_+ }
{ }{ }
{ }{ }
{ }{ }
} {}{}{} fixiert. $S_k$ ist die Menge der reellen Zahlen $\geq 0$, deren Dezimalentwicklung nach der $k$-ten Nachkommastelle abbricht. } {$T$ ist die Menge aller reellen Zahlen $\geq 0$, deren Dezimalentwicklung irgendwo abbricht. }

}
{} {}




\inputaufgabe
{}
{

Es sei
\mavergleichskette
{\vergleichskette
{ T }
{ \subseteq }{ M }
{ }{ }
{ }{ }
{ }{ }
} {}{}{} eine Teilmenge in einem \definitionsverweis {metrischen Raum}{}{} $M$. Zeige für den \definitionsverweis {Abschluss}{}{} von $T$ die Gleichheit
\mavergleichskettedisp
{\vergleichskette
{ \overline{T} }
{ =} { \bigcap_{T \subseteq A \subseteq M, \, A \text{ abgeschlossen} } A }
{ } { }
{ } { }
{ } { }
} {}{}{.}

}
{} {}




\inputaufgabegibtloesung
{}
{

Es sei
\mavergleichskette
{\vergleichskette
{ T }
{ \subseteq }{ M }
{ }{ }
{ }{ }
{ }{ }
} {}{}{} eine Teilmenge in einem \definitionsverweis {metrischen Raum}{}{} $M$. Zeige für den \definitionsverweis {Abschluss}{}{} von $T$ die Gleichheit
\mavergleichskettedisp
{\vergleichskette
{ \overline{ T } }
{ =} { { \left\{ x \in M \mid \text{ es gibt eine Folge } x_n \text{ in } T, \text{ die gegen } x \text { konvergiert} \right\} } }
{ } { }
{ } { }
{ } { }
} {}{}{.}

}
{} {}




\inputaufgabe
{}
{

\aufzaehlungzwei {Zeige, dass in einem \definitionsverweis {metrischen Raum}{}{} $M$ der \definitionsverweis {Abschluss}{}{} einer \definitionsverweis {offenen Kugel}{}{}
\mathl{U { \left( x,r \right) }}{} nicht die \definitionsverweis {abgeschlossene Kugel}{}{}
\mathl{B \left( x,r \right)}{} sein muss. } {Zeige, dass in einem \definitionsverweis {euklidischen Raum}{}{} $V$ der Abschluss einer offenen Kugel
\mathl{U { \left( x,r \right) }}{} gleich der abgeschlossenen Kugel
\mathl{B \left( x,r \right)}{} ist. }

}
{} {}




\inputaufgabegibtloesung
{}
{

Es sei $M$ ein \definitionsverweis {metrischer Raum}{}{,} zu einer Menge
\mavergleichskette
{\vergleichskette
{ A }
{ \subseteq }{ M }
{ }{ }
{ }{ }
{ }{ }
} {}{}{} bezeichnet
\mathl{\overline{ A }}{} den \definitionsverweis {Abschluss}{}{} von $A$. Beweise oder widerlege die folgenden Eigenschaften \aufzaehlungzwei {
\mavergleichskettedisp
{\vergleichskette
{ \overline{ A \cup B } }
{ =} { \overline{ A } \cup \overline{ B } }
{ } { }
{ } { }
{ } { }
} {}{}{.} } {
\mavergleichskettedisp
{\vergleichskette
{ \overline{ A \cap B } }
{ =} { \overline{ A } \cap \overline{ B } }
{ } { }
{ } { }
{ } { }
} {}{}{.} }

}
{} {}


Eine Teilmenge
\mavergleichskette
{\vergleichskette
{ T }
{ \subseteq }{ X }
{ }{ }
{ }{ }
{ }{ }
} {}{}{} eines \definitionsverweis {metrischen Raumes}{}{} $X$ heißt \definitionswort {dicht}{,} wenn es zu jedem Punkt
\mavergleichskette
{\vergleichskette
{ x }
{ \in }{ X }
{ }{ }
{ }{ }
{ }{ }
} {}{}{} und jedem
\mavergleichskette
{\vergleichskette
{ \epsilon }
{ > }{ 0 }
{ }{ }
{ }{ }
{ }{ }
} {}{}{} Elemente
\mavergleichskette
{\vergleichskette
{ t }
{ \in }{ T }
{ }{ }
{ }{ }
{ }{ }
} {}{}{} mit
\mavergleichskette
{\vergleichskette
{ d(t,x) }
{ < }{ \epsilon }
{ }{ }
{ }{ }
{ }{ }
} {}{}{} gibt.





\inputaufgabe
{}
{

Es sei
\mavergleichskette
{\vergleichskette
{ T }
{ \subseteq }{M }
{ }{ }
{ }{ }
{ }{ }
} {}{}{} eine Teilmenge in einem \definitionsverweis {metrischen Raum}{}{} $M$. Zeige, dass die folgenden Eigenschaften äquivalent sind. \aufzaehlungvier{$T$ ist \definitionsverweis {dicht}{}{.} }{Es ist
\mavergleichskette
{\vergleichskette
{ \overline{ T } }
{ = }{ M }
{ }{ }
{ }{ }
{ }{ }
} {}{}{.} }{Für jeden Punkt
\mavergleichskette
{\vergleichskette
{ x }
{ \in }{ M }
{ }{ }
{ }{ }
{ }{ }
} {}{}{} gibt es eine Folge
\mavergleichskette
{\vergleichskette
{ { \left( x_n \right) }_{n \in \N } }
{ \in }{ T }
{ }{ }
{ }{ }
{ }{ }
} {}{}{,} die gegen $x$ konvergiert. }{Für jede nichtleere offene Menge
\mavergleichskette
{\vergleichskette
{ U }
{ \subseteq }{ M }
{ }{ }
{ }{ }
{ }{ }
} {}{}{} ist
\mavergleichskette
{\vergleichskette
{ T \cap U }
{ \neq }{ \emptyset }
{ }{ }
{ }{ }
{ }{ }
} {}{}{.} }

}
{} {}




\inputaufgabe
{}
{

Es sei
\mavergleichskette
{\vergleichskette
{ T }
{ \subseteq }{ L }
{ }{ }
{ }{ }
{ }{ }
} {}{}{} eine \definitionsverweis {dichte}{}{} Teilmenge in einem \definitionsverweis {metrischen Raum}{}{} $L$ und seien \maabb {\varphi, \psi} {L} {M } {} \definitionsverweis {stetige Abbildungen}{}{} in einen weiteren metrischen Raum $M$. Für die Einschränkungen gelte
\mavergleichskette
{\vergleichskette
{ \varphi {{|}}_T }
{ = }{ \psi {{|}}_T }
{ }{ }
{ }{ }
{ }{ }
} {}{}{.} Zeige
\mavergleichskette
{\vergleichskette
{ \varphi }
{ = }{ \psi }
{ }{ }
{ }{ }
{ }{ }
} {}{}{.}

}
{} {}




\inputaufgabe
{}
{

Zeige, dass der \definitionsverweis {Grenzwert}{}{} einer Funktion in einem \definitionsverweis {Berührpunkt}{}{} der Definitionsmenge im Falle der Existenz eindeutig bestimmt ist.

}
{} {}




\inputaufgabe
{}
{

Es sei
\mathl{(M,d)}{} ein \definitionsverweis {metrischer Raum}{}{,} sei
\mavergleichskette
{\vergleichskette
{ T }
{ \subseteq }{ M }
{ }{ }
{ }{ }
{ }{ }
} {}{}{} eine Teilmenge und sei
\mavergleichskette
{\vergleichskette
{a }
{ \in }{ M }
{ }{ }
{ }{ }
{ }{ }
} {}{}{} ein \definitionsverweis {Berührpunkt}{}{} von $T$. Es sei \maabbdisp {f} {T} {V } {} eine \definitionsverweis {Abbildung}{}{} in einen \definitionsverweis {euklidischen Vektorraum}{}{} $V$ mit den \definitionsverweis {Komponentenfunktionen}{}{} \maabbdisp {f_1 , \ldots , f_n} {T} {\R } {} bezüglich einer Basis von $V$. Zeige, dass der \definitionsverweis {Limes}{}{}
\mathdisp {\operatorname{lim}_{ x \rightarrow a } \, f(x)} { }
genau dann existiert, wenn sämtliche Limiten
\mathdisp {\operatorname{lim}_{ x \rightarrow a } \, f_j(x)} { }
existieren.

}
{} {}




\inputaufgabe
{}
{

Es sei
\mathl{(M,d)}{} ein \definitionsverweis {metrischer Raum}{}{,} sei
\mavergleichskette
{\vergleichskette
{ T }
{ \subseteq }{ M }
{ }{ }
{ }{ }
{ }{ }
} {}{}{} eine Teilmenge und sei
\mavergleichskette
{\vergleichskette
{a }
{ \in }{ M }
{ }{ }
{ }{ }
{ }{ }
} {}{}{} ein \definitionsverweis {Berührpunkt}{}{} von $T$. Es seien \maabb {f} {T} { {\mathbb K} } {} und \maabb {g} {T} { {\mathbb K} } {} \definitionsverweis {Funktionen}{}{} derart, dass die \definitionsverweis {Grenzwerte}{}{} \mathkor {} {\operatorname{lim}_{ x \rightarrow a } \, f(x)} {und} {\operatorname{lim}_{ x \rightarrow a } \, g(x)} {} existieren. Zeige, dass die folgenden Beziehungen gelten. \aufzaehlungdrei{Die Summe
\mathl{f+g}{} besitzt einen Grenzwert in $a$, und zwar ist
\mathdisp {\operatorname{lim}_{ x \rightarrow a } \, (f(x)+g(x)) = \operatorname{lim}_{ x \rightarrow a } \, f(x) + \operatorname{lim}_{ x \rightarrow a } \, g(x)} { . }
}{Das Produkt
\mathl{f \cdot g}{} besitzt einen Grenzwert in $a$, und zwar ist
\mathdisp {\operatorname{lim}_{ x \rightarrow a } \, (f(x) \cdot g(x)) = \operatorname{lim}_{ x \rightarrow a } \, f(x) \cdot \operatorname{lim}_{ x \rightarrow a } \, g(x)} { . }
}{Es sei
\mathl{g(x) \neq 0}{} für alle
\mathl{x \in T}{} und $\operatorname{lim}_{ x \rightarrow a } \, g(x) \neq 0$. Dann besitzt der Quotient
\mathl{f/g}{} einen Grenzwert in $a$, und zwar ist
\mathdisp {\operatorname{lim}_{ x \rightarrow a } \, \frac{f(x)}{g(x)} = \frac{ \operatorname{lim}_{ x \rightarrow a } \, f(x) }{ \operatorname{lim}_{ x \rightarrow a } \, g(x) }} { . }
}

}
{} {}




\inputaufgabe
{}
{

Es seien
\mathl{D,E,F}{} \definitionsverweis {metrische Räume}{}{} und sei \maabbdisp {h} {D} {E } {} eine \definitionsverweis {stetige Abbildung}{}{.} Es sei
\mavergleichskette
{\vergleichskette
{ P }
{ \in }{ D }
{ }{ }
{ }{ }
{ }{ }
} {}{}{} ein \definitionsverweis {Berührpunkt}{}{} von
\mathl{D \setminus \{P\}}{} und
\mavergleichskettedisp
{\vergleichskette
{ h(P) }
{ =} { Q }
{ \in} { E }
{ } { }
{ } { }
} {}{}{} ein Berührpunkt von
\mathl{E \setminus\{Q\}}{.} Es sei \maabbdisp {g} {E \setminus \{Q \}} {F } {} eine Abbildung und es sei vorausgesetzt, dass
\mathdisp {\operatorname{lim}_{ y \rightarrow Q } \, g(y)} { }
existiert. Zeige, dass dann auch
\mathdisp {\operatorname{lim}_{ x \rightarrow P } \, g(h(x))} { }
existiert und mit
\mathl{\operatorname{lim}_{ y \rightarrow Q } \, g(y)}{} übereinstimmt.

}
{} {}




\inputaufgabe
{}
{

Es sei
\mavergleichskette
{\vergleichskette
{ T }
{ \subseteq }{ M }
{ }{ }
{ }{ }
{ }{ }
} {}{}{} eine Teilmenge eines \definitionsverweis {metrischen Raumes}{}{,}
\mavergleichskette
{\vergleichskette
{ a }
{ \in }{ M }
{ }{ }
{ }{ }
{ }{ }
} {}{}{} ein \definitionsverweis {Berührpunkt}{}{} von $T$, \maabbdisp {g} {T} {L } {} eine \definitionsverweis {Abbildung}{}{} in einen weiteren metrischen Raum und
\mavergleichskette
{\vergleichskette
{ b }
{ \in }{ L }
{ }{ }
{ }{ }
{ }{ }
} {}{}{.} Zeige, dass für den \definitionsverweis {Limes}{}{}
\mavergleichskettedisp
{\vergleichskette
{ \operatorname{lim}_{ x \rightarrow a } \, g(x) }
{ =} { b }
{ } { }
{ } { }
{ } { }
} {}{}{} genau dann gilt, wenn
\mavergleichskettedisp
{\vergleichskette
{ \operatorname{lim}_{ x \rightarrow a } \, d { \left( g(x), b \right) } }
{ =} { 0 }
{ } { }
{ } { }
{ } { }
} {}{}{} gilt.

}
{} {}




\inputaufgabegibtloesung
{}
{

Es sei
\mathl{(M,d)}{} ein \definitionsverweis {metrischer Raum}{}{} und
\mavergleichskette
{\vergleichskette
{ T }
{ \subseteq }{ M }
{ }{ }
{ }{ }
{ }{ }
} {}{}{} eine Teilmenge. Es sei \maabbdisp {f} {T} { L } {} eine \definitionsverweis {stetige Abbildung}{}{} in einen weiteren metrischen Raum $L$ und sei
\mavergleichskette
{\vergleichskette
{ a }
{ \in }{ M }
{ }{ }
{ }{ }
{ }{ }
} {}{}{,}
\mavergleichskette
{\vergleichskette
{ a }
{ \notin }{ T }
{ }{ }
{ }{ }
{ }{ }
} {}{}{,} ein Punkt, der ein \definitionsverweis {Berührpunkt}{}{} von $T$ sei. Zeige, dass der \definitionsverweis {Grenzwert}{}{}
\mathdisp {\operatorname{lim}_{ x \in T , \, x \rightarrow a } \, f(x)} { }
genau dann existiert, wenn $f$ eine \definitionsverweis {stetige Fortsetzung}{}{} \maabbdisp {\tilde{f}} { T \cup \{ a\} } {L } {} besitzt.

}
{} {}






\bild{ \begin{center}
\includegraphics[width=5.5cm]{\bildeinlesung {Neighborhood_edge.png} }
\end{center}
\bildtext {} }

\bildlizenz { Neighborhood edge.png } {} {Zasdfgbnm} {Commons} {gemeinfrei} {}


Die nächsten Aufgaben verwenden den folgenden Begriff.


Es sei
\mathl{(M,d)}{} ein \definitionsverweis {metrischer Raum}{}{} und
\mavergleichskette
{\vergleichskette
{ T }
{ \subseteq }{ M }
{ }{ }
{ }{ }
{ }{ }
} {}{}{} eine Teilmenge. Ein Punkt
\mavergleichskette
{\vergleichskette
{x }
{ \in }{M }
{ }{ }
{ }{ }
{ }{ }
} {}{}{} heißt \definitionswort {Randpunkt}{} von $T$, wenn für jedes
\mavergleichskette
{\vergleichskette
{\epsilon }
{ > }{0 }
{ }{ }
{ }{ }
{ }{ }
} {}{}{} der offene Ball
\mathdisp {U { \left( x,\epsilon \right) }} { }
sowohl Punkte aus $T$ als auch Punkte aus
\mathl{M \setminus T}{} enthält.

Die Menge aller Randpunkte von $T$ heißt \definitionswort {Rand}{} von $T$, geschrieben $\operatorname{Rand} \, (T)$.





\inputaufgabe
{}
{

Es sei
\mathl{(M,d)}{} ein \definitionsverweis {metrischer Raum}{}{} und
\mavergleichskette
{\vergleichskette
{ T }
{ \subseteq }{ M }
{ }{ }
{ }{ }
{ }{ }
} {}{}{} eine Teilmenge. Zeige, dass der \definitionsverweis {Rand}{}{} von $T$ gleich dem Durchschnitt von \mathkor {} {\overline{ T }} {und} {\overline{ M \setminus T }} {} ist.

}
{} {}




\inputaufgabe
{}
{

Es sei
\mathl{(M,d)}{} ein \definitionsverweis {metrischer Raum}{}{} und
\mavergleichskette
{\vergleichskette
{ T }
{ \subseteq }{ M }
{ }{ }
{ }{ }
{ }{ }
} {}{}{} eine Teilmenge. Zeige, dass der \definitionsverweis {Rand}{}{} von $T$ \definitionsverweis {abgeschlossen}{}{} ist.

}
{} {}




\inputaufgabe
{}
{

Es sei
\mathl{(M,d)}{} ein \definitionsverweis {metrischer Raum}{}{} und
\mavergleichskette
{\vergleichskette
{ T }
{ \subseteq }{ M }
{ }{ }
{ }{ }
{ }{ }
} {}{}{} eine Teilmenge. Zeige, dass die Menge
\mathdisp {T \cup \operatorname{Rand} \, (T)} { }
\definitionsverweis {abgeschlossen}{}{} ist.

}
{} {}




\inputaufgabe
{}
{

Es sei
\mathl{(M,d)}{} ein \definitionsverweis {metrischer Raum}{}{} und
\mavergleichskette
{\vergleichskette
{ T }
{ \subseteq }{ M }
{ }{ }
{ }{ }
{ }{ }
} {}{}{} eine Teilmenge. Zeige, dass die Menge
\mathdisp {T \setminus \operatorname{Rand} \, (T)} { }
\definitionsverweis {offen}{}{} ist.

}
{} {}




\inputaufgabe
{}
{

Es sei
\mathl{(M,d)}{} ein \definitionsverweis {metrischer Raum}{}{} und
\mavergleichskette
{\vergleichskette
{ T }
{ \subseteq }{ M }
{ }{ }
{ }{ }
{ }{ }
} {}{}{} eine Teilmenge. Zeige, dass $T$ genau dann \definitionsverweis {abgeschlossen}{}{} ist, wenn die Inklusion
\mavergleichskette
{\vergleichskette
{ \operatorname{Rand} \, (T) }
{ \subseteq }{ T }
{ }{ }
{ }{ }
{ }{ }
} {}{}{} gilt.

}
{} {}




\inputaufgabe
{}
{

Es sei
\mathl{(M,d)}{} ein \definitionsverweis {metrischer Raum}{}{} und sei $M=A \cup B$ mit nichtleeren Teilmengen $A,B \subseteq M$ und $A \cap B = \emptyset$. Es gebe ein $\delta > 0$ mit
\mathdisp {d(x,y) \geq \delta \text { für alle } x \in A,\, y \in B} { . }
Zeige, dass $A$ \zusatzklammer {und auch $B$} {} {} sowohl \definitionsverweis {offen}{}{} als auch \definitionsverweis {abgeschlossen}{}{} ist.

}
{} {}




\inputaufgabe
{}
{

Zeige, dass in $\R$ der nichtleere Durchschnitt von \definitionsverweis {zusammenhängenden}{}{} Teilmengen wieder zusammenhängend ist. Muss dies auch für den nichtleeren Durchschnitt von zusammenhängenden Teilmengen im $\R^2$ gelten?

}
{} {}




\inputaufgabe
{}
{

Es sei $I$ ein nichtleeres \definitionsverweis {reelles}{}{} \definitionsverweis {Intervall}{}{} und $x \in I$ ein Punkt. Bestimme die Teilmengen von $I \setminus \{x\}$, die sowohl \definitionsverweis {offen}{}{} als auch \definitionsverweis {abgeschlossen}{}{} sind.

}
{} {}




\inputaufgabegibtloesung
{}
{

Beweise den Zwischenwertsatz mit Satz 35.9 und Satz 35.10.

}
{} {}




\inputaufgabe
{}
{

Zeige, dass $\Q$ nicht \definitionsverweis {zusammenhängend}{}{} ist.

}
{} {}




\inputaufgabe
{}
{

Bestimme die \definitionsverweis {zusammenhängenden}{}{} Teilmengen von $\Q$.

}
{} {}




\inputaufgabe
{}
{

Zeige, dass der $\R^n$ \definitionsverweis {wegzusammenhängend}{}{} ist.

}
{} {}




\inputaufgabe
{}
{

Es sei $T$ eine \definitionsverweis {offene}{}{} \zusatzklammer {oder \definitionsverweis {abgeschlossene}{}{}} {} {} \definitionsverweis {Kugel}{}{} im $\R^n$. Zeige, dass $T$ \definitionsverweis {wegzusammenhängend}{}{} ist.

}
{} {}




\inputaufgabe
{}
{

Es sei
\mavergleichskette
{\vergleichskette
{ n }
{ \geq }{ 2 }
{ }{ }
{ }{ }
{ }{ }
} {}{}{} und
\mavergleichskette
{\vergleichskette
{ P }
{ \in }{ \R^n }
{ }{ }
{ }{ }
{ }{ }
} {}{}{} ein Punkt. Zeige, dass $\R^n \setminus \{P\}$ \definitionsverweis {wegzusammenhängend}{}{} ist.

}
{} {}




\inputaufgabe
{}
{

Zeige, dass ein \definitionsverweis {reelles Intervall}{}{}
\mathl{I \subseteq \R}{} \definitionsverweis {wegzusammenhängend}{}{.}

}
{} {}




\inputaufgabe
{}
{

Es sei
\mavergleichskette
{\vergleichskette
{ I }
{ \subseteq }{ \R }
{ }{ }
{ }{ }
{ }{ }
} {}{}{} ein \definitionsverweis {reelles Intervall}{}{} und \maabb {f} {I} { \R } {} eine \definitionsverweis {stetige Funktion}{}{.} Zeige, dass der \definitionsverweis {Graph}{}{} von $f$ \zusatzklammer {als Teilmenge von $I \times \R$} {} {} \definitionsverweis {wegzusammenhängend}{}{} ist.

}
{} {}




\inputaufgabe
{}
{

Untersuche den \definitionsverweis {Graphen}{}{} der durch
\mavergleichskettedisp
{\vergleichskette
{ f(x) }
{ =} { \begin{cases} \sin \frac{1}{x} \text{ für } x \neq 0\, , \\ 0 \text{ sonst}\, , \end{cases} }
{ } { }
{ } { }
{ } { }
} {}{}{} gegebenen Funktion \maabb {f} {\R} {\R } {} auf \definitionsverweis {Zusammenhangseigenschaften}{}{.}

}
{} {}






\zwischenueberschrift{Aufgaben zum Abgeben}




\inputaufgabe
{4}
{

Es sei
\mathl{(M,d)}{} ein \definitionsverweis {metrischer Raum}{}{} und
\mavergleichskette
{\vergleichskette
{ T }
{ \subseteq }{ M }
{ }{ }
{ }{ }
{ }{ }
} {}{}{} eine Teilmenge. Zeige, dass der \definitionsverweis {Rand}{}{} von $T$ genau dann leer ist, wenn $T$ sowohl \definitionsverweis {offen}{}{} als auch \definitionsverweis {abgeschlossen}{}{} ist.

}
{} {}




\inputaufgabe
{4}
{

Es sei
\mathl{(M,d)}{} ein \definitionsverweis {metrischer Raum}{}{} und
\mavergleichskette
{\vergleichskette
{ T }
{ \subseteq }{ M }
{ }{ }
{ }{ }
{ }{ }
} {}{}{} eine Teilmenge. Es sei $T$ \definitionsverweis {zusammenhängend}{}{.} Zeige, dass auch der \definitionsverweis {Abschluss}{}{} $\overline{ T }$ zusammenhängend ist.

}
{} {}




\inputaufgabe
{3}
{

Man gebe ein Beispiel für eine \definitionsverweis {offene}{}{,} nicht \definitionsverweis {zusammenhängende}{}{} Teilmenge
\mathl{U \subseteq \R^2}{} mit der Eigenschaft, dass der \definitionsverweis {Abschluss}{}{} von $U$ zusammenhängend ist.

}
{} {}




\inputaufgabe
{5}
{

Bestimme den \definitionsverweis {Abschluss}{}{} der Menge
\mathl{T= U { \left( 0,1 \right) } \cap \Q^2}{} in $\R^2$.

}
{} {}




\inputaufgabe
{4}
{

Es seien
\mavergleichskette
{\vergleichskette
{ a,b,r }
{ \in }{ \R }
{ }{ }
{ }{ }
{ }{ }
} {}{}{,}
\mavergleichskette
{\vergleichskette
{ r }
{ > }{ 0 }
{ }{ }
{ }{ }
{ }{ }
} {}{}{,} und sei
\mavergleichskettedisp
{\vergleichskette
{ K }
{ =} { { \left\{ (x,y) \in \R^2 \mid (x-a)^2+(y-b)^2 = r^2 \right\} } }
{ } { }
{ } { }
{ } { }
} {}{}{} der \stichwort {Kreis} {} mit dem \stichwort {Mittelpunkt} {}
\mavergleichskette
{\vergleichskette
{ M }
{ = }{ (a,b) }
{ }{ }
{ }{ }
{ }{ }
} {}{}{} und dem \stichwort {Radius} {} $r$. Es sei $G$ eine \stichwort {Gerade} {} in $\R^2$ mit der Eigenschaft, dass es auf $G$ mindestens einen Punkt $P$ gibt mit
\mavergleichskette
{\vergleichskette
{ d(M,P) }
{ \leq }{ r }
{ }{ }
{ }{ }
{ }{ }
} {}{}{.} Zeige, dass
\mavergleichskette
{\vergleichskette
{ K \cap G }
{ \neq }{ \emptyset }
{ }{ }
{ }{ }
{ }{ }
} {}{}{} ist.

}
{} {}




\inputaufgabe
{5}
{

Zeige, dass die Kugeloberfläche
\mavergleichskettedisp
{\vergleichskette
{ S }
{ =} { { \left\{ (x,y,z) \in \R^3 \mid x^2+y^2+z^2 = 1 \right\} } }
{ } { }
{ } { }
{ } { }
} {}{}{} \definitionsverweis {wegzusammenhängend}{}{} ist. Man gebe dabei für je zwei Punkte einen expliziten Weg an, der diese Punkte stetig verbindet.

}
{} {}