Kurs:Mathematik für Anwender/Teil I/52/Klausur mit Lösungen/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}{ 2 }

\renewcommand{\afuenf}{ 4 }

\renewcommand{\asechs}{ 2 }

\renewcommand{\asieben}{ 5 }

\renewcommand{\aacht}{ 2 }

\renewcommand{\aneun}{ 3 }

\renewcommand{\azehn}{ 2 }

\renewcommand{\aelf}{ 5 }

\renewcommand{\azwoelf}{ 4 }

\renewcommand{\adreizehn}{ 5 }

\renewcommand{\avierzehn}{ 7 }

\renewcommand{\afuenfzehn}{ 1 }

\renewcommand{\asechzehn}{ 5 }

\renewcommand{\asiebzehn}{ 1 }

\renewcommand{\aachtzehn}{ 3 }

\renewcommand{\aneunzehn}{ 5 }

\renewcommand{\azwanzig}{ 64 }

\renewcommand{\aeinundzwanzig}{ }

\renewcommand{\azweiundzwanzig}{ }

\renewcommand{\adreiundzwanzig}{ }

\renewcommand{\avierundzwanzig}{ }

\renewcommand{\afuenfundzwanzig}{ }

\renewcommand{\asechsundzwanzig}{ }

\punktetabelleneunzehn


\klausurnote

\newpage


\setcounter{section}{0}





\inputaufgabepunkteloesung
{3}
{

Definiere die folgenden \zusatzklammer {kursiv gedruckten} {} {} Begriffe. \aufzaehlungsechs{Eine \stichwort {streng wachsende} {} Funktion \maabb {f} {\R} {\R } {.}

}{Eine \stichwort {Reihe} {}
\mathl{\sum_{k =0}^\infty a_k}{} von reellen Zahlen $a_k$.

}{Der \stichwort {natürliche Logarithmus} {} \maabbdisp {\ln} {\R_+} {\R } {.}

}{Eine \stichwort {stetig differenzierbare} {} Funktion \maabb {f} { \R} { \R } {.}

}{Das \stichwort {Oberintegral} {} einer nach oben beschränkten Funktion \maabbdisp {f} {I} {\R } {} auf einem beschränkten Intervall
\mathl{I \subseteq \R}{.}

}{Die \stichwort {Determinante} {} eines Endomorphismus \maabbdisp {\varphi} {V} {V } {} auf einem endlichdimensionalen Vektorraum $V$. }

}
{

\aufzaehlungsechs{Die Funktion \maabbdisp {f} {\R} {\R } {} heißt streng wachsend, wenn
\mathdisp {f(x') > f(x) \text { für alle } x,x' \in I \text{ mit } x' > x \text{ gilt}} { . }
}{Unter der Reihe
\mathl{\sum_{ k = 0}^\infty a_{ k }}{} versteht man die Folge
\mathl{{ \left( s_n \right) }_{n \in \N }}{} der Partialsummen
\mavergleichskettedisp
{\vergleichskette
{s_n }
{ =} { \sum_{ k = 0}^n a_{ k } }
{ } { }
{ } { }
{ } { }
} {}{}{.} }{Der natürliche Logarithmus \maabbeledisp {\ln} {\R_+ } {\R } {x} { \ln x } {,} ist als die \definitionsverweis {Umkehrfunktion}{}{} der \definitionsverweis {reellen Exponentialfunktion}{}{} definiert. }{Man sagt, dass $f$ stetig differenzierbar ist, wenn $f$ \definitionsverweis {differenzierbar}{}{} ist und die \definitionsverweis {Ableitung}{}{} $f'$ \definitionsverweis {stetig}{}{} ist. }{Das Oberintegral ist definiert als das \definitionsverweis {Infimum}{}{} von sämtlichen \definitionsverweis {Treppenintegralen}{}{} zu \definitionsverweis {oberen Treppenfunktionen}{}{} von $f$. }{Die Abbildung $\varphi$ werde bezüglich einer Basis durch die \definitionsverweis {Matrix}{}{} $M$ beschrieben. Dann nennt man
\mavergleichskettedisp
{\vergleichskette
{ \det \varphi }
{ \defeq} { \det M }
{ } { }
{ } { }
{ } { }
} {}{}{} die Determinante der linearen Abbildung $\varphi$. }


}





\inputaufgabepunkteloesung
{3}
{

Formuliere die folgenden Sätze. \aufzaehlungdrei{Der Satz über die algebraische Struktur der komplexen Zahlen.}{Die \stichwort {Kettenregel} {} für differenzierbare Funktionen \maabb {f,g} {\R} {\R } {.}}{Der Satz über die mathematische Struktur der Lösungsmenge eines homogenen linearen Gleichungssystems.}

}
{

\aufzaehlungdrei{Die komplexen Zahlen bilden einen Körper.}{Seien
\mavergleichskettedisp
{\vergleichskette
{D,E }
{ \subseteq} { \R }
{ } { }
{ } { }
{ } { }
} {}{}{} Teilmengen und seien \maabbdisp {f} {D} { \R } {} und \maabbdisp {g} {E} {\R } {} Funktionen mit
\mavergleichskette
{\vergleichskette
{ f(D) }
{ \subseteq }{ E }
{ }{ }
{ }{ }
{ }{ }
} {}{}{.} Es sei $f$ in $a$ differenzierbar und $g$ sei in
\mavergleichskette
{\vergleichskette
{ b }
{ \defeq }{ f(a) }
{ }{ }
{ }{ }
{ }{ }
} {}{}{} differenzierbar. Dann ist auch die Hintereinanderschaltung \maabbdisp {g \circ f} {D} {\R } {} in $a$ differenzierbar mit der Ableitung
\mavergleichskettedisp
{\vergleichskette
{ ( g \circ f)' (a) }
{ =} { g'(f(a)) \cdot f'(a) }
{ } { }
{ } { }
{ } { }
} {}{}{.}}{Die Menge aller Lösungen eines homogenen linearen Gleichungssystems
\mathdisp {\begin{matrix} a _{ 1 1 } x _1 + a _{ 1 2 } x _2 + \cdots + a _{ 1 n } x _{ n } & = & 0 \\ a _{ 2 1 } x _1 + a _{ 2 2 } x _2 + \cdots + a _{ 2 n } x _{ n } & = & 0 \\ \vdots & \vdots & \vdots \\ a _{ m 1 } x _1 + a _{ m 2 } x _2 + \cdots + a _{ m n } x _{ n } & = & 0 \end{matrix}} { }
über einem Körper $K$ ist ein Untervektorraum des $K^n$ \zusatzklammer {mit komponentenweiser Addition und Skalarmultiplikation} {} {.}}


}





\inputaufgabepunkteloesung
{2}
{

Ein Flugzeug soll von Osnabrück aus zu einem Zielort auf der Südhalbkugel fliegen. Kann es kürzer sein, in Richtung Norden zu fliegen?

}
{Flugzeug/Osnabrück/Südhalbkugel/Aufgabe/Lösung }





\inputaufgabepunkteloesung
{2 (1+1)}
{

Wir betrachten auf der Menge
\mavergleichskettedisp
{\vergleichskette
{M }
{ =} { \{a,b,c,d \} }
{ } { }
{ } { }
{ } { }
} {}{}{} die durch die Tabelle %Daten für folgende Tabelle


\renewcommand{\leitzeilenull}{ $\star$ }

\renewcommand{\leitzeileeins}{ $a$ }

\renewcommand{\leitzeilezwei}{ $b$ }

\renewcommand{\leitzeiledrei}{ $c$ }

\renewcommand{\leitzeilevier}{ $d$ }

\renewcommand{\leitzeilefuenf}{ }

\renewcommand{\leitzeilesechs}{ }

\renewcommand{\leitzeilesieben}{ }

\renewcommand{\leitzeileacht}{ }

\renewcommand{\leitzeileneun}{ }

\renewcommand{\leitzeilezehn}{ }

\renewcommand{\leitzeileelf}{ }

\renewcommand{\leitzeilezwoelf}{ }


\renewcommand{\leitspaltenull}{ }

\renewcommand{\leitspalteeins}{ $a$ }

\renewcommand{\leitspaltezwei}{ $b$ }

\renewcommand{\leitspaltedrei}{ $c$ }

\renewcommand{\leitspaltevier}{ $d$ }

\renewcommand{\leitspaltefuenf}{ }

\renewcommand{\leitspaltesechs}{ }

\renewcommand{\leitspaltesieben}{ }

\renewcommand{\leitspalteacht}{ }

\renewcommand{\leitspalteneun}{ }

\renewcommand{\leitspaltezehn}{ }

\renewcommand{\leitspalteelf}{ }

\renewcommand{\leitspaltezwoelf}{ }

\renewcommand{\leitspaltedreizehn}{ }

\renewcommand{\leitspaltevierzehn}{ }

\renewcommand{\leitspaltefuenfzehn}{ }

\renewcommand{\leitspaltesechzehn}{ }

\renewcommand{\leitspaltesiebzehn}{ }

\renewcommand{\leitspalteachtzehn}{ }

\renewcommand{\leitspalteneunzehn}{ }

\renewcommand{\leitspaltezwanzig}{ }



\renewcommand{\aeinsxeins}{ b }

\renewcommand{\aeinsxzwei}{ a }

\renewcommand{\aeinsxdrei}{ c }

\renewcommand{\aeinsxvier}{ a }

\renewcommand{\aeinsxfuenf}{ }

\renewcommand{\aeinsxsechs}{ }

\renewcommand{\aeinsxsieben}{ }

\renewcommand{\aeinsxacht}{ }

\renewcommand{\aeinsxneun}{ }

\renewcommand{\aeinsxzehn}{ }

\renewcommand{\aeinsxelf}{ }

\renewcommand{\aeinsxzwoelf}{ }



\renewcommand{\azweixeins}{ d }

\renewcommand{\azweixzwei}{ a }

\renewcommand{\azweixdrei}{ b }

\renewcommand{\azweixvier}{ b }

\renewcommand{\azweixfuenf}{ }

\renewcommand{\azweixsechs}{ }

\renewcommand{\azweixsieben}{ }

\renewcommand{\azweixacht}{ }

\renewcommand{\azweixneun}{ }

\renewcommand{\azweixzehn}{ }

\renewcommand{\azweixelf}{ }

\renewcommand{\azweixzwoelf}{ }



\renewcommand{\adreixeins}{ a }

\renewcommand{\adreixzwei}{ b }

\renewcommand{\adreixdrei}{ c }

\renewcommand{\adreixvier}{ c }

\renewcommand{\adreixfuenf}{ }

\renewcommand{\adreixsechs}{ }

\renewcommand{\adreixsieben}{ }

\renewcommand{\adreixacht}{ }

\renewcommand{\adreixneun}{ }

\renewcommand{\adreixzehn}{ }

\renewcommand{\adreixelf}{ }

\renewcommand{\adreixzwoelf}{ }



\renewcommand{\avierxeins}{ b }

\renewcommand{\avierxzwei}{ d }

\renewcommand{\avierxdrei}{ d }

\renewcommand{\avierxvier}{ d }

\renewcommand{\avierxfuenf}{ }

\renewcommand{\avierxsechs}{ }

\renewcommand{\avierxsieben}{ }

\renewcommand{\avierxacht}{ }

\renewcommand{\avierxneun}{ }

\renewcommand{\avierxzehn}{ }

\renewcommand{\avierxelf}{ }

\renewcommand{\avierxzwoelf}{ }


\renewcommand{\afuenfxeins}{ }

\renewcommand{\afuenfxzwei}{ }

\renewcommand{\afuenfxdrei}{ }

\renewcommand{\afuenfxvier}{ }

\renewcommand{\afuenfxfuenf}{ }

\renewcommand{\afuenfxsechs}{ }

\renewcommand{\afuenfxsieben}{ }

\renewcommand{\afuenfxacht}{ }

\renewcommand{\afuenfxneun}{ }

\renewcommand{\afuenfxzehn}{ }

\renewcommand{\afuenfxelf}{ }

\renewcommand{\afuenfxzwoelf}{ }


\renewcommand{\asechsxeins}{ }

\renewcommand{\asechsxzwei}{ }

\renewcommand{\asechsxdrei}{ }

\renewcommand{\asechsxvier}{ }

\renewcommand{\asechsxfuenf}{ }

\renewcommand{\asechsxsechs}{ }

\renewcommand{\asechsxsieben}{ }

\renewcommand{\asechsxacht}{ }

\renewcommand{\asechsxneun}{ }

\renewcommand{\asechsxzehn}{ }

\renewcommand{\asechsxelf}{ }

\renewcommand{\asechsxzwoelf}{ }


\renewcommand{\asiebenxeins}{ }

\renewcommand{\asiebenxzwei}{ }

\renewcommand{\asiebenxdrei}{ }

\renewcommand{\asiebenxvier}{ }

\renewcommand{\asiebenxfuenf}{ }

\renewcommand{\asiebenxsechs}{ }

\renewcommand{\asiebenxsieben}{ }

\renewcommand{\asiebenxacht}{ }

\renewcommand{\asiebenxneun}{ }

\renewcommand{\asiebenxzehn}{ }

\renewcommand{\asiebenxelf}{ }

\renewcommand{\asiebenxzwoelf}{ }


\renewcommand{\aachtxeins}{ }

\renewcommand{\aachtxzwei}{ }

\renewcommand{\aachtxdrei}{ }

\renewcommand{\aachtxvier}{ }

\renewcommand{\aachtxfuenf}{ }

\renewcommand{\aachtxsechs}{ }

\renewcommand{\aachtxsieben}{ }

\renewcommand{\aachtxacht}{ }

\renewcommand{\aachtxneun}{ }

\renewcommand{\aachtxzehn}{ }

\renewcommand{\aachtxelf}{ }

\renewcommand{\aachtxzwoelf}{ }


\renewcommand{\aneunxeins}{ }

\renewcommand{\aneunxzwei}{ }

\renewcommand{\aneunxdrei}{ }

\renewcommand{\aneunxvier}{ }

\renewcommand{\aneunxfuenf}{ }

\renewcommand{\aneunxsechs}{ }

\renewcommand{\aneunxsieben}{ }

\renewcommand{\aneunxacht}{ }

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\renewcommand{\aneunxzehn}{ }

\renewcommand{\aneunxelf}{ }

\renewcommand{\aneunxzwoelf}{ }


\renewcommand{\azehnxeins}{ }

\renewcommand{\azehnxzwei}{ }

\renewcommand{\azehnxdrei}{ }

\renewcommand{\azehnxvier}{ }

\renewcommand{\azehnxfuenf}{ }

\renewcommand{\azehnxsechs}{ }

\renewcommand{\azehnxsieben}{ }

\renewcommand{\azehnxacht}{ }

\renewcommand{\azehnxneun}{ }

\renewcommand{\azehnxzehn}{ }

\renewcommand{\azehnxelf}{ }

\renewcommand{\azehnxzwoelf}{ }



\renewcommand{\aelfxeins}{ }

\renewcommand{\aelfxzwei}{ }

\renewcommand{\aelfxdrei}{ }

\renewcommand{\aelfxvier}{ }

\renewcommand{\aelfxfuenf}{ }

\renewcommand{\aelfxsechs}{ }

\renewcommand{\aelfxsieben}{ }

\renewcommand{\aelfxacht}{ }

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\renewcommand{\aelfxzehn}{ }

\renewcommand{\aelfxelf}{ }

\renewcommand{\aelfxzwoelf}{ }



\renewcommand{\azwoelfxeins}{ }

\renewcommand{\azwoelfxzwei}{ }

\renewcommand{\azwoelfxdrei}{ }

\renewcommand{\azwoelfxvier}{ }

\renewcommand{\azwoelfxfuenf}{ }

\renewcommand{\azwoelfxsechs}{ }

\renewcommand{\azwoelfxsieben}{ }

\renewcommand{\azwoelfxacht}{ }

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\renewcommand{\azwoelfxzehn}{ }

\renewcommand{\azwoelfxelf}{ }

\renewcommand{\azwoelfxzwoelf}{ }



\renewcommand{\adreizehnxeins}{ }

\renewcommand{\adreizehnxzwei}{ }

\renewcommand{\adreizehnxdrei}{ }

\renewcommand{\adreizehnxvier}{ }

\renewcommand{\adreizehnxfuenf}{ }

\renewcommand{\adreizehnxsechs}{ }

\renewcommand{\adreizehnxsieben}{ }

\renewcommand{\adreizehnxacht}{ }

\renewcommand{\adreizehnxneun}{ }

\renewcommand{\adreizehnxzehn}{ }

\renewcommand{\adreizehnxelf}{ }

\renewcommand{\adreizehnxzwoelf}{ }



\renewcommand{\avierzehnxeins}{ }

\renewcommand{\avierzehnxzwei}{ }

\renewcommand{\avierzehnxdrei}{ }

\renewcommand{\avierzehnxvier}{ }

\renewcommand{\avierzehnxfuenf}{ }

\renewcommand{\avierzehnxsechs}{ }

\renewcommand{\avierzehnxsieben}{ }

\renewcommand{\avierzehnxacht}{ }

\renewcommand{\avierzehnxneun}{ }

\renewcommand{\avierzehnxzehn}{ }

\renewcommand{\avierzehnxelf}{ }

\renewcommand{\avierzehnxzwoelf}{ }


\renewcommand{\afuenfzehnxeins}{ }

\renewcommand{\afuenfzehnxzwei}{ }

\renewcommand{\afuenfzehnxdrei}{ }

\renewcommand{\afuenfzehnxvier}{ }

\renewcommand{\afuenfzehnxfuenf}{ }

\renewcommand{\afuenfzehnxsechs}{ }

\renewcommand{\afuenfzehnxsieben}{ }

\renewcommand{\afuenfzehnxacht}{ }

\renewcommand{\afuenfzehnxneun}{ }

\renewcommand{\afuenfzehnxzehn}{ }

\renewcommand{\afuenfzehnxelf}{ }

\renewcommand{\afuenfzehnxzwoelf}{ }


\renewcommand{\asechzehnxeins}{ }

\renewcommand{\asechzehnxzwei}{ }

\renewcommand{\asechzehnxdrei}{ }

\renewcommand{\asechzehnxvier}{ }

\renewcommand{\asechzehnxfuenf}{ }

\renewcommand{\asechzehnxsechs}{ }

\renewcommand{\asechzehnxsieben}{ }

\renewcommand{\asechzehnxacht}{ }

\renewcommand{\asechzehnxneun}{ }

\renewcommand{\asechzehnxzehn}{ }

\renewcommand{\asechzehnxelf}{ }

\renewcommand{\asechzehnxzwoelf}{ }



\renewcommand{\asiebzehnxeins}{ }

\renewcommand{\asiebzehnxzwei}{ }

\renewcommand{\asiebzehnxdrei}{ }

\renewcommand{\asiebzehnxvier}{ }

\renewcommand{\asiebzehnxfuenf}{ }

\renewcommand{\asiebzehnxsechs}{ }

\renewcommand{\asiebzehnxsieben}{ }

\renewcommand{\asiebzehnxacht}{ }

\renewcommand{\asiebzehnxneun}{ }

\renewcommand{\asiebzehnxzehn}{ }

\renewcommand{\asiebzehnxelf}{ }

\renewcommand{\asiebzehnxzwoelf}{ }





\renewcommand{\aachtzehnxeins}{ }

\renewcommand{\aachtzehnxzwei}{ }

\renewcommand{\aachtzehnxdrei}{ }

\renewcommand{\aachtzehnxvier}{ }

\renewcommand{\aachtzehnxfuenf}{ }

\renewcommand{\aachtzehnxsechs}{ }

\renewcommand{\aachtzehnxsieben}{ }

\renewcommand{\aachtzehnxacht}{ }

\renewcommand{\aachtzehnxneun}{ }

\renewcommand{\aachtzehnxzehn}{ }

\renewcommand{\aachtzehnxelf}{ }

\renewcommand{\aachtzehnxzwoelf}{ }


\tabelleleitvierxvier

gegebene Verknüpfung $\star$. \aufzaehlungzwei {Berechne
\mathdisp {b \star ( a \star (d \star a))} { . }
} {Besitzt die Verknüpfung $\star$ ein neutrales Element? }

}
{

\aufzaehlungzwei {Es ist
\mavergleichskettedisp
{\vergleichskette
{ b \star ( a \star (d \star a)) }
{ =} { b \star ( a \star b ) }
{ =} { b \star a }
{ =} { d }
{ } { }
} {}{}{.} } {Es gibt kein neutrales Element, da dann eine Zeile eine Wiederholung der Leitzeile sein müsste, was nicht der Fall ist. }


}





\inputaufgabepunkteloesung
{4}
{

Es sei $M$ eine $n$-elementige Menge. Zeige durch Induktion über $k$, dass die Anzahl der $k$-elementigen Teilmengen von $M$ gleich dem \definitionsverweis {Binomialkoeffizienten}{}{}
\mathdisp {\binom { n } { k }} { }
ist.

}
{

Es sei $n$ fixiert. Bei
\mavergleichskette
{\vergleichskette
{k }
{ = }{0 }
{ }{ }
{ }{ }
{ }{ }
} {}{}{} gibt es nur die leere Menge, was mit dem Binomialkoeffizienten
\mavergleichskettedisp
{\vergleichskette
{ \binom { n } { 0 } }
{ =} {1 }
{ } { }
{ } { }
{ } { }
} {}{}{} übereinstimmt. Es sei die Aussage also für ein $k$ zwischen \mathkor {} {0} {und} {n-1} {} schon bewiesen. Jeder $k$-elementigen Teilmenge $S$ von $M$ und jedem der $n-k$ Elemente $x$ aus
\mathl{M \setminus S}{} kann man die
\mathl{k+1}{-}elementige Menge
\mavergleichskettedisp
{\vergleichskette
{T }
{ =} {S \cup \{x\} }
{ } { }
{ } { }
{ } { }
} {}{}{} zuordnen. Dabei wird jede
\mathl{k+1}{-}elementige Menge $T$ erreicht, und zwar $k+1$-fach, da man ja aus $T$ jedes der $k+1$ Elemente herausnehmen kann. Zwischen der Anzahl $A_k$ der $k$-elementigen Teilmengen von $M$ und der Anzahl $A_{k+1}$ der $k+1$-elementigen Teilmengen von $M$ besteht also der Zusammenhang
\mavergleichskettedisp
{\vergleichskette
{A_{k+1} \cdot (k+1) }
{ =} { A_k \cdot (n-k) }
{ } { }
{ } { }
{ } { }
} {}{}{.} Unter Verwendung der Induktionsvoraussetzung ist daher
\mavergleichskettealign
{\vergleichskettealign
{A_{k+1} }
{ =} { { \frac{ n-k }{ k+1 } } A_k }
{ =} { { \frac{ n-k }{ k+1 } } \binom { n } { k } }
{ =} { { \frac{ n-k }{ k+1 } } \cdot { \frac{ n (n-1) \cdots (n-k+1) }{ k! } } }
{ =} { { \frac{ n (n-1) \cdots (n-k+1)(n-k) }{ (k+1)! } } }
} {
\vergleichskettefortsetzungalign
{ =} { \binom { n } { k+1 } }
{ } {}
{ } {}
{ } {}
} {}{}


}





\inputaufgabepunkteloesung
{2}
{

Schreibe die Menge
\mathdisp {]-3,-2[ \, \cup \, \{7\} \, \cup \, { \left( [- { \frac{ 5 }{ 2 } } , - { \frac{ 1 }{ 3 } } ] \, \setminus \, ] - { \frac{ 4 }{ 3 } }, -1 ] \right) } \, \cup \, [1, { \frac{ 7 }{ 3 } } ] \, \cup \, [- { \frac{ 1 }{ 2 } } , { \frac{ 6 }{ 5 } } [ \, \cup \, { \left( \, ]-7,-6] \cap \R_+ \right) }} { }
als eine Vereinigung von möglichst wenigen disjunkten Intervallen.

}
{

Der rechte Klammerausdruck ist leer und der linke Klammerausdruck ist
\mavergleichskettedisp
{\vergleichskette
{ [- { \frac{ 5 }{ 2 } } , - { \frac{ 1 }{ 3 } } ] \, \setminus \, ] - { \frac{ 4 }{ 3 } }, -1 ] }
{ =} {[- { \frac{ 5 }{ 2 } } , - { \frac{ 4 }{ 3 } } ] \, \cup \, ] - 1 , - { \frac{ 1 }{ 3 } } ] }
{ } { }
{ } { }
{ } { }
} {}{}{.} Somit ist die Gesamtmenge gleich
\mathdisp {]-3, - { \frac{ 4 }{ 3 } } ] \, \cup \, ]- 1 , { \frac{ 7 }{ 3 } } ] \, \cup \, [7,7]} { . }


}





\inputaufgabepunkteloesung
{5}
{

Vergleiche
\mathdisp {\sqrt{3} + \sqrt{10} \text{ und } \sqrt{5} + \sqrt{7}} { . }

}
{

Wir fragen uns, ob
\mavergleichskettedisp
{\vergleichskette
{ \sqrt{3} + \sqrt{10} }
{ >} { \sqrt{5} + \sqrt{7} }
{ } { }
{ } { }
{ } { }
} {}{}{} ist. Dies ist, da das Quadrieren von positiven Zahlen eine Äquivalenzumformung für die Größenbeziehung ist, äquivalent zu
\mavergleichskettedisp
{\vergleichskette
{3+10 + 2 \sqrt{30} }
{ =} { { \left( \sqrt{3} + \sqrt{10} \right) }^2 }
{ >} { { \left( \sqrt{5} + \sqrt{7} \right) }^2 }
{ =} { 5+7 + 2 \sqrt{35} }
{ } { }
} {}{}{.} Dies ist durch Subtraktion mit $12$ äquivalent zu
\mavergleichskettedisp
{\vergleichskette
{ 1 +2 \sqrt{30} }
{ >} { 2 \sqrt{35} }
{ } { }
{ } { }
{ } {}
} {}{}{.} Durch Quadrieren ist dies äquivalent zu
\mavergleichskettedisp
{\vergleichskette
{1+ 4 \cdot 30 + 4 \cdot \sqrt{30} }
{ =} { { \left( 1 + 2 \sqrt{30} \right) }^2 }
{ >} { 4 \cdot 35 }
{ =} { 140 }
{ } { }
} {}{}{.} Dies ist äquivalent zu
\mavergleichskettedisp
{\vergleichskette
{ 4 \sqrt{30} }
{ >} { 19 }
{ } { }
{ } { }
{ } { }
} {}{}{.} Quadrieren liefert
\mavergleichskettedisp
{\vergleichskette
{480 }
{ =} { 16 \cdot 30 }
{ >} { 19^2 }
{ =} {361 }
{ } { }
} {}{}{,} was stimmt. Also ist
\mavergleichskettedisp
{\vergleichskette
{ \sqrt{3} + \sqrt{10} }
{ >} { \sqrt{ 5} + \sqrt{7} }
{ } { }
{ } { }
{ } { }
} {}{}{.}


}





\inputaufgabepunkteloesung
{2}
{

Es sei $z=a+b { \mathrm i}$ eine komplexe Zahl mit $b <0$. Zeige, dass
\mavergleichskettedisp
{\vergleichskette
{v }
{ =} { \frac{1}{ \sqrt{2} } { \left( - \sqrt{ \betrag { z } +a } + { \mathrm i} \sqrt{ \betrag { z }-a } \right) } }
{ } { }
{ } { }
{ } { }
} {}{}{} eine Quadratwurzel von $z$ ist.

}
{

Es ist
\mavergleichskettealignhandlinks
{\vergleichskettealignhandlinks
{v^2 }
{ =} {{ \left( \frac{1}{\sqrt{2} } { \left( - \sqrt{ \betrag { z } +a } + { \mathrm i} \sqrt{ \betrag { z } - a } \right) } \right) }^2 }
{ =} {\frac{1}{2} { \left( \betrag { z } + a - { \left( \betrag { z }-a \right) } - 2 { \mathrm i} \sqrt{ { \left( \betrag { z } +a \right) } { \left( \betrag { z }-a \right) } } \right) } }
{ =} {\frac{1}{2} { \left( 2a - 2 { \mathrm i} \sqrt{ \betrag { z }^2 - a^2 } \right) } }
{ =} {\frac{1}{2} { \left( 2a - 2 { \mathrm i} \sqrt{ b^2 } \right) } }
} {
\vergleichskettefortsetzungalign
{ =} {\frac{1}{2} { \left( 2a - 2 { \mathrm i} (-b) \right) } }
{ =} {a+b { \mathrm i} }
{ } {}
{ } {}
} {}{.}


}





\inputaufgabepunkteloesung
{3 (1+2)}
{

\aufzaehlungzwei {Berechne das Produkt
\mathdisp {{ \left( 2-3X+X^2 \right) } \cdot { \left( -5+4X-3 X^2 \right) }} { }
im \definitionsverweis {Polynomring}{}{} $\Q[X]$. } {Berechne das Produkt
\mathdisp {{ \left( 2-3 \sqrt{2} +\sqrt{2}^2 \right) } \cdot { \left( -5+4\sqrt{2}-3 \sqrt{2}^2 \right) }} { }
in $\R$ auf zwei verschiedene Arten. }

}
{

\aufzaehlungzwei {Es ist
\mavergleichskettealigndrucklinks
{\vergleichskettealigndrucklinks
{ (2-3X+X^2) \cdot (-5+4X-3 X^2) }
{ =} { -10 +8X +15X -6X^2 -5X^2 -12X^2+4X^3 +9X^3 -3X^4 }
{ =} { -10+23X -23X^2+13X^3-3X^4 }
{ } { }
{ } { }
} {}{}{.} } {Es ist einerseits direkt
\mavergleichskettealign
{\vergleichskettealign
{ ( 2-3 \sqrt{2} +\sqrt{2}^2) \cdot (-5+4\sqrt{2}-3 \sqrt{2}^2 ) }
{ =} { { \left( 4-3 \sqrt{2} \right) } { \left( -11+4 \sqrt{2} \right) } }
{ =} { -44 - 12 \cdot 2 + (16+33) \sqrt{2} }
{ =} { -68 + 49 \sqrt{2} }
{ } { }
} {} {}{.} Andererseits kann man im Ergebnis von Teil 1 die Variable $X$ durch $\sqrt{2}$ ersetzen und erhält
\mavergleichskettealign
{\vergleichskettealign
{ -10+23 \sqrt{2} -23 \sqrt{2}^2+13 \sqrt{2}^3-3 \sqrt{2}^4 }
{ =} {-10+ 23 \sqrt{2} -23 \cdot 2 +13 \cdot 2 \sqrt{2}-3 \cdot 4 }
{ =} { -68 + 49 \sqrt{2} }
{ } { }
{ } { }
} {} {}{.} }


}





\inputaufgabepunkteloesung
{2}
{

Bestimme eine Symmetrieachse für den Graphen der Funktion \maabbeledisp {f} {\R} {\R } {x} {x^2-5x-9 } {.}

}
{

Wir schreiben
\mavergleichskettealign
{\vergleichskettealign
{f(x) }
{ =} {x^2-5x-9 }
{ =} { { \left( x- { \frac{ 5 }{ 2 } } \right) }^2 - { \frac{ 25 }{ 4 } } -9 }
{ =} { { \left( x- { \frac{ 5 }{ 2 } } \right) }^2 - { \frac{ 61 }{ 4 } } }
{ } { }
} {} {}{.} Daher ist die durch
\mavergleichskette
{\vergleichskette
{x }
{ = }{ { \frac{ 5 }{ 2 } } }
{ }{ }
{ }{ }
{ }{ }
} {}{}{} gegebene Gerade eine Spiegelungsachse für den Graphen.


}





\inputaufgabepunkteloesung
{5}
{

Es seien \mathkor {} {{ \left( x_n \right) }_{n \in \N }, \, { \left( y_n \right) }_{n \in \N }} {und} {{ \left( z_n \right) }_{n \in \N }} {} drei \definitionsverweis {reelle Folgen}{}{.} Es gelte $x_n \leq y_n \leq z_n \text{ für alle } n \in \N$ und \mathkor {} {{ \left( x_n \right) }_{n \in \N }} {und} {{ \left( z_n \right) }_{n \in \N }} {} \definitionsverweis {konvergieren}{}{} beide gegen den gleichen Grenzwert $a$. Zeige, dass dann auch ${ \left( y_n \right) }_{n \in \N }$ gegen $a$ konvergiert.

}
{

Es ist
\mavergleichskettedisp
{\vergleichskette
{ x_n -a }
{ \leq} { y_n-a }
{ \leq} { z_n-a }
{ } { }
{ } { }
} {}{}{.} Bei
\mathl{y_n-a \geq 0}{} ist somit
\mavergleichskettedisp
{\vergleichskette
{ \betrag { y_n-a } }
{ \leq} { \betrag { z_n-a } }
{ } { }
{ } { }
{ } { }
} {}{}{} und bei
\mathl{y_n-a \leq 0}{} ist
\mavergleichskettedisp
{\vergleichskette
{ \betrag { y_n-a } }
{ \leq} { \betrag { x_n-a } }
{ } { }
{ } { }
{ } { }
} {}{}{.} Daher ist stets
\mavergleichskettedisp
{\vergleichskette
{ \betrag { y_n-a } }
{ \leq} { {\max { \left( \betrag { x_n-a } , \betrag { z_n-a } \right) } } }
{ } { }
{ } { }
{ } { }
} {}{}{.} Für ein vorgegebenes
\mathl{\epsilon > 0}{} gibt es aufgrund der Konvergenz der beiden äußeren Folgen gegen $a$ natürliche Zahlen
\mathbed {n_1} {und}
{n_2} {}
{} {} {} {} derart, dass
\mavergleichskettedisp
{\vergleichskette
{ \betrag { x_n-a } }
{ \leq} { \epsilon }
{ } { }
{ } { }
{ } { }
} {}{}{} für
\mathl{n \geq n_1}{} und
\mavergleichskettedisp
{\vergleichskette
{ \betrag { z_n-a } }
{ \leq} { \epsilon }
{ } { }
{ } { }
{ } { }
} {}{}{} für
\mathl{n \geq n_2}{} gilt. Für
\mathl{n \geq n_0 = {\max { \left( n_1 , n_2 \right) } }}{} gilt daher
\mavergleichskettedisp
{\vergleichskette
{ \betrag { y_n-a } }
{ \leq} { \epsilon }
{ } { }
{ } { }
{ } { }
} {}{}{.} Dies bedeutet die Konvergenz von $y_n$ gegen $a$.


}





\inputaufgabepunkteloesung
{4}
{

Man gebe ein quadratisches Polynom an, dessen Graph die Diagonale und die Gegendiagonale bei
\mavergleichskette
{\vergleichskette
{y }
{ = }{1 }
{ }{ }
{ }{ }
{ }{ }
} {}{}{} jeweils tangential schneidet.

}
{

Das gesuchte Polynom sei
\mavergleichskettedisp
{\vergleichskette
{f(x) }
{ =} { ax^2+bx+c }
{ } { }
{ } { }
{ } { }
} {}{}{.} Dann ist
\mavergleichskettedisp
{\vergleichskette
{f'(x) }
{ =} {2ax+b }
{ } { }
{ } { }
{ } { }
} {}{}{.} Die Bedingung, dass der Graph zu $f$ die Diagonale und die Gegendiagonale bei
\mavergleichskette
{\vergleichskette
{y }
{ = }{1 }
{ }{ }
{ }{ }
{ }{ }
} {}{}{} schneidet, bedeutet
\mathdisp {a+b+c=1 \text{ und } a-b+c=1} { . }
Die Steigung der Diagonale ist $1$. Da der Schnitt tangential sein soll, bedeutet dies
\mavergleichskettedisp
{\vergleichskette
{2a+b }
{ =} {1 }
{ } { }
{ } { }
{ } { }
} {}{}{.} Die Steigung der Gegendiagonale ist $-1$. Dies bedeutet somit
\mavergleichskettedisp
{\vergleichskette
{-2a+b }
{ =} {-1 }
{ } { }
{ } { }
{ } { }
} {}{}{.} Die Summe der beiden letzten Gleichungen ergibt direkt
\mavergleichskettedisp
{\vergleichskette
{b }
{ =} {0 }
{ } { }
{ } { }
{ } { }
} {}{}{} und somit
\mavergleichskettedisp
{\vergleichskette
{a }
{ =} { { \frac{ 1 }{ 2 } } }
{ } { }
{ } { }
{ } { }
} {}{}{.} Daraus ergibt sich mit der ersten \zusatzklammer {oder der zweiten} {} {} Gleichung
\mavergleichskettedisp
{\vergleichskette
{c }
{ =} { { \frac{ 1 }{ 2 } } }
{ } { }
{ } { }
{ } { }
} {}{}{.} Das gesuchte Polynom ist also
\mavergleichskettedisp
{\vergleichskette
{f(x) }
{ =} { { \frac{ 1 }{ 2 } } x^2 + { \frac{ 1 }{ 2 } } }
{ } { }
{ } { }
{ } { }
} {}{}{.}


}





\inputaufgabepunkteloesung
{5}
{

Beweise den Satz über die Ableitung in einem Extremum.

}
{

Wir können annehmen, dass $f$ ein lokales Maximum in $c$ besitzt. Es gibt also ein
\mavergleichskette
{\vergleichskette
{ \epsilon }
{ > }{0 }
{ }{ }
{ }{ }
{ }{ }
} {}{}{} mit
\mavergleichskette
{\vergleichskette
{f(x) }
{ \leq }{f(c) }
{ }{ }
{ }{ }
{ }{ }
} {}{}{} für alle
\mavergleichskette
{\vergleichskette
{x }
{ \in }{ [c - \epsilon, c + \epsilon] }
{ }{ }
{ }{ }
{ }{ }
} {}{}{.} Es sei
\mathl{{ \left( s_n \right) }_{n \in \N }}{} eine Folge mit
\mavergleichskette
{\vergleichskette
{ c- \epsilon }
{ \leq }{s_n }
{ < }{ c }
{ }{ }
{ }{ }
} {}{}{,} die gegen $c$ \zusatzklammer {\anfuehrung{von unten}{}} {} {} konvergiere. Dann ist
\mavergleichskette
{\vergleichskette
{ s_n- c }
{ < }{0 }
{ }{ }
{ }{ }
{ }{ }
} {}{}{} und
\mavergleichskette
{\vergleichskette
{f(s_n) -f(c) }
{ \leq }{0 }
{ }{ }
{ }{ }
{ }{ }
} {}{}{} und somit ist der Differenzenquotient
\mavergleichskettedisp
{\vergleichskette
{ \frac{ f (s_n )-f (c) }{ s_n -c } }
{ \geq} { 0 }
{ } { }
{ } { }
{ } { }
} {}{}{,} was sich dann nach Lemma 7.12 (Mathematik für Anwender (Osnabrück 2023-2024)) auf den Limes, also den Differentialquotienten, überträgt. Also ist
\mavergleichskette
{\vergleichskette
{f'(c) }
{ \geq }{ 0 }
{ }{ }
{ }{ }
{ }{ }
} {}{}{.} Für eine Folge
\mathl{{ \left( t_n \right) }_{n \in \N }}{} mit
\mavergleichskette
{\vergleichskette
{ c + \epsilon }
{ \geq }{ t_n }
{ > }{ c }
{ }{ }
{ }{ }
} {}{}{} gilt andererseits
\mavergleichskettedisp
{\vergleichskette
{ \frac{ f (t_n )-f (c) }{ t_n -c } }
{ \leq} { 0 }
{ } { }
{ } { }
{ } { }
} {}{}{.} Daher ist auch
\mavergleichskette
{\vergleichskette
{f'(c) }
{ \leq }{ 0 }
{ }{ }
{ }{ }
{ }{ }
} {}{}{} und somit ist insgesamt
\mavergleichskette
{\vergleichskette
{f'(c) }
{ = }{ 0 }
{ }{ }
{ }{ }
{ }{ }
} {}{}{.}


}





\inputaufgabepunkteloesung
{7 (2+2+3)}
{

Die sogenannten \stichwort {Bernoulli-Polynome} {} $B_n$ für
\mavergleichskette
{\vergleichskette
{n }
{ \in }{\N }
{ }{ }
{ }{ }
{ }{ }
} {}{}{} sind Polynome vom Grad $n$, die rekursiv definiert werden: $B_0$ ist das konstante Polynom mit dem Wert $1$. Das Polynom $B_{n+1}$ berechnet sich aus dem Polynom $B_n$ über die beiden Bedingungen: $B_{n+1}$ ist eine Stammfunktion von $(n+1)B_n$ und es ist
\mavergleichskettedisp
{\vergleichskette
{ \int_0^1 B_{n+1} (x) dx }
{ =} { 0 }
{ } { }
{ } { }
{ } { }
} {}{}{.} \aufzaehlungdrei{Berechne $B_1$. }{Berechne $B_2$. }{Berechne $B_3$. }

}
{

\aufzaehlungdrei{Die Stammfunktionen von
\mavergleichskette
{\vergleichskette
{ 1B_0 }
{ = }{ 1 }
{ }{ }
{ }{ }
{ }{ }
} {}{}{} sind
\mathl{x + c}{} mit einer Konstanten $c$. Die Bedingung
\mavergleichskettedisp
{\vergleichskette
{ 0 }
{ =} { \int_0^1 (x+c) dx }
{ =} { \left( { \frac{ 1 }{ 2 } } x^2 +cx \right) | _{ 0 } ^{ 1 } }
{ =} { { \frac{ 1 }{ 2 } } +c }
{ } { }
} {}{}{} führt auf
\mavergleichskettedisp
{\vergleichskette
{c }
{ =} { - { \frac{ 1 }{ 2 } } }
{ } { }
{ } { }
{ } { }
} {}{}{} und daher
\mavergleichskettedisp
{\vergleichskette
{B_1 }
{ =} { x- { \frac{ 1 }{ 2 } } }
{ } { }
{ } { }
{ } { }
} {}{}{.} }{Die Stammfunktionen von
\mavergleichskette
{\vergleichskette
{ 2B_1 }
{ = }{ 2x- 1 }
{ }{ }
{ }{ }
{ }{ }
} {}{}{} sind
\mathl{x^2 -x+a}{} mit einer Konstanten $a$. Die Bedingung
\mavergleichskettealign
{\vergleichskettealign
{ 0 }
{ =} { \int_0^1 (x^2 -x+a) dx }
{ =} { \left( { \frac{ 1 }{ 3 } } x^3 -{ \frac{ 1 }{ 2 } } x^2 +ax \right) | _{ 0 } ^{ 1 } }
{ =} { { \frac{ 1 }{ 3 } } - { \frac{ 1 }{ 2 } } +a }
{ =} { - { \frac{ 1 }{ 6 } } + a }
} {} {}{} führt auf
\mavergleichskettedisp
{\vergleichskette
{a }
{ =} { { \frac{ 1 }{ 6 } } }
{ } { }
{ } { }
{ } { }
} {}{}{} und daher
\mavergleichskettedisp
{\vergleichskette
{B_2 }
{ =} { x^2-x+ { \frac{ 1 }{ 6 } } }
{ } { }
{ } { }
{ } { }
} {}{}{.} }{Die Stammfunktionen von
\mavergleichskette
{\vergleichskette
{ 3B_2 }
{ = }{ 3x^2-3x+ { \frac{ 1 }{ 2 } } }
{ }{ }
{ }{ }
{ }{ }
} {}{}{} sind
\mathl{x^3 - { \frac{ 3 }{ 2 } } x^2+{ \frac{ 1 }{ 2 } } x+ b}{} mit einer Konstanten $b$. Die Bedingung
\mavergleichskettealign
{\vergleichskettealign
{ 0 }
{ =} { \int_0^1 (x^3 - { \frac{ 3 }{ 2 } } x^2 + { \frac{ 1 }{ 2 } } x+ b) dx }
{ =} { \left( { \frac{ 1 }{ 4 } } x^4 - { \frac{ 1 }{ 2 } } x^3 + { \frac{ 1 }{ 4 } } x^2 +bx \right) | _{ 0 } ^{ 1 } }
{ =} { { \frac{ 1 }{ 4 } } - { \frac{ 1 }{ 2 } } + { \frac{ 1 }{ 4 } } +b }
{ =} {b }
} {} {}{} führt auf
\mavergleichskettedisp
{\vergleichskette
{b }
{ =} { 0 }
{ } { }
{ } { }
{ } { }
} {}{}{} und daher
\mavergleichskettedisp
{\vergleichskette
{B_3 }
{ =} { x^3 - { \frac{ 3 }{ 2 } } x^2 +{ \frac{ 1 }{ 2 } } x }
{ } { }
{ } { }
{ } { }
} {}{}{.} }


}





\inputaufgabepunkteloesung
{1}
{

Bestimme \zusatzklammer {ohne Begründung} {} {,} welche der folgenden skizzierten geometrischen Objekte im $\R^2$ als Lösungsmenge eines linearen \zusatzklammer {inhomogenen} {} {} Gleichungssystems auftreten können \zusatzklammer {man denke sich die Objekte ins Unendliche fortgesetzt} {} {.}


\aufzaehlungfuenf{




\bild{ \begin{center}
\includegraphics[width=5.5cm]{\bildeinlesung {AY 3 8910 obwiednia 1100.svg} }
\end{center}
\bildtext {} }

\bildlizenz { AY 3 8910 obwiednia 1100.svg } {} {Masur} {Commons} {gemeinfrei} {}










}{




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

\bildlizenz { Primka.png } {} {Vojtech001} {Commons} {gemeinfrei} {}











}{




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

\bildlizenz { Point and line.png } {} {Περίεργος} {el. Wikipedia} {GnuFDL} {}











}{




\bild{ \begin{center}
\includegraphics[width=5.5cm]{\bildeinlesung {Disk 1.svg} }
\end{center}
\bildtext {} }

\bildlizenz { Disk 1.svg } {} {Paris 16} {Commons} {CC-by-sa 4.0} {}












}{




\bild{ \begin{center}
\includegraphics[width=5.5cm]{\bildeinlesung {Zero-dimension.GIF} }
\end{center}
\bildtext {} }

\bildlizenz { Zero-dimension.GIF } {} {File Upload Bot (Magnus Manske)} {Commons} {Gemeinfrei} {}






}

}
{

2 (Gerade) und 5 (Punkt) können als Lösungsmenge eines Gleichungssystems auftreten, die anderen nicht.


}





\inputaufgabepunkteloesung
{5 (1+1+1+1+1)}
{

Es sei
\mavergleichskette
{\vergleichskette
{ \mathfrak{ v } }
{ = }{ v_1,v_2,v_3 }
{ }{ }
{ }{ }
{ }{ }
} {}{}{} eine \definitionsverweis {Basis}{}{} eines dreidimensionalen $K$-\definitionsverweis {Vektorraumes}{}{} $V$.

a) Zeige, dass
\mavergleichskette
{\vergleichskette
{ \mathfrak{ w } }
{ = }{ v_1,v_1+v_2,v_2+v_3 }
{ }{ }
{ }{ }
{ }{ }
} {}{}{} ebenfalls eine Basis von $V$ ist.

b) Bestimme die \definitionsverweis {Übergangsmatrix}{}{}
\mathl{M^{ \mathfrak{ w } }_{ \mathfrak{ v } }}{.}

c) Bestimme die Übergangsmatrix
\mathl{M^{ \mathfrak{ v } }_{ \mathfrak{ w } }}{.}

d) Berechne die Koordinaten bezüglich der Basis $\mathfrak{ v }$ für denjenigen Vektor, der bezüglich der Basis $\mathfrak{ w }$ die Koordinaten
\mathl{\begin{pmatrix} 4 \\8\\ -9 \end{pmatrix}}{} besitzt.

e) Berechne die Koordinaten bezüglich der Basis $\mathfrak{ w }$ für denjenigen Vektor, der bezüglich der Basis $\mathfrak{ v }$ die Koordinaten
\mathl{\begin{pmatrix} 3 \\-7\\ 5 \end{pmatrix}}{} besitzt.

}
{

a) Es ist
\mavergleichskettedisp
{\vergleichskette
{v_2 }
{ =} {w_2-w_1 }
{ } { }
{ } { }
{ } { }
} {}{}{} und
\mavergleichskettedisp
{\vergleichskette
{v_3 }
{ =} {w_3-w_2+w_1 }
{ } { }
{ } { }
{ } { }
} {}{}{.} Daher ist $w_1,w_2,w_3$ ebenfalls ein Erzeugendensystem von $V$ und somit eine Basis, da die Dimension $3$ ist.

b) In den Spalten von
\mathl{M^{ \mathfrak{ w } }_{ \mathfrak{ v } }}{} müssen die Koordinaten der Vektoren $w_j$ bezüglich der Basis $v_i$ stehen, also ist
\mavergleichskettedisp
{\vergleichskette
{ M^{ \mathfrak{ w } }_{ \mathfrak{ v } } }
{ =} { \begin{pmatrix} 1 & 1 & 0 \\ 0 & 1 & 1 \\0 & 0 & 1 \end{pmatrix} }
{ } { }
{ } { }
{ } { }
} {}{}{.}

c) Nach a) ist
\mavergleichskettedisp
{\vergleichskette
{ M^{ \mathfrak{ v } }_{ \mathfrak{ w } } }
{ =} { \begin{pmatrix} 1 & -1 & 1 \\ 0 & 1 & -1 \\0 & 0 & 1 \end{pmatrix} }
{ } { }
{ } { }
{ } { }
} {}{}{.}

d) Die Koordinaten ergeben sich aus
\mavergleichskettedisp
{\vergleichskette
{ M^{ \mathfrak{ w } }_{ \mathfrak{ v } } \begin{pmatrix} 4 \\8\\ -9 \end{pmatrix} }
{ =} { \begin{pmatrix} 1 & 1 & 0 \\ 0 & 1 & 1 \\0 & 0 & 1 \end{pmatrix}\begin{pmatrix} 4 \\8\\ -9 \end{pmatrix} }
{ =} { \begin{pmatrix} 12 \\-1\\ -9 \end{pmatrix} }
{ } { }
{ } { }
} {}{}{.}

e) Die Koordinaten ergeben sich aus
\mavergleichskettedisp
{\vergleichskette
{ M^{ \mathfrak{ v } }_{ \mathfrak{ w } } \begin{pmatrix} 3 \\-7\\ 5 \end{pmatrix} }
{ =} { \begin{pmatrix} 1 & -1 & 1 \\ 0 & 1 & -1 \\0 & 0 & 1 \end{pmatrix} \begin{pmatrix} 3 \\-7\\ 5 \end{pmatrix} }
{ =} { \begin{pmatrix} 15 \\-12\\ 5 \end{pmatrix} }
{ } { }
{ } { }
} {}{}{.}


}





\inputaufgabepunkteloesung
{1}
{

Bestimme den Rang der Matrix
\mathdisp {\begin{pmatrix} 1 & x & x^2 \\ x & x^2 & x^3 \\x^2 & x^3 & x^4 \end{pmatrix}} { }
zu
\mathl{x \in K}{.}

}
{

Die zweite Zeile ergibt sich aus der ersten Zeile durch Multiplikation mit $x$, die dritte Zeile ergibt sich aus der ersten Zeile durch Multiplikation mit $x^2$. Somit ist der Rang maximal $1$. Wegen der $1$ links oben ist der Rang genau $1$.


}





\inputaufgabepunkteloesung
{3}
{

Bestimme die \definitionsverweis {inverse Matrix}{}{} zu
\mathdisp {\begin{pmatrix} 1 & 12 & 0 \\ 3 & 0 & 1 \\0 & 0 & 2 \end{pmatrix}} { . }

}
{

\matabellezweifuenf {\leitzeilezwei {} {} } {\mazeileundzwei { \begin{pmatrix} 1 & 12 & 0 \\ 3 & 0 & 1 \\0 & 0 & 2 \end{pmatrix} } { \begin{pmatrix} 1 & 0 & 0 \\ 0 & 1 & 0 \\0 & 0 & 1 \end{pmatrix} } }
{\mazeileundzwei { \begin{pmatrix} 1 & 12 & 0 \\ 0 & -36 & 1 \\0 & 0 & 1 \end{pmatrix} } { \begin{pmatrix} 1 & 0 & 0 \\ -3 & 1 & 0 \\0 & 0 & { \frac{ 1 }{ 2 } } \end{pmatrix} } }
{\mazeileundzwei { \begin{pmatrix} 1 & 12 & 0 \\ 0 & -36 & 0 \\0 & 0 & 1 \end{pmatrix} } { \begin{pmatrix} 1 & 0 & 0 \\ -3 & 1 & -{ \frac{ 1 }{ 2 } } \\0 & 0 & { \frac{ 1 }{ 2 } } \end{pmatrix} } }
{\mazeileundzwei { \begin{pmatrix} 1 & 12 & 0 \\ 0 & 1 & 0 \\0 & 0 & 1 \end{pmatrix} } { \begin{pmatrix} 1 & 0 & 0 \\ { \frac{ 1 }{ 12 } } & - { \frac{ 1 }{ 36 } } & { \frac{ 1 }{ 72 } } \\0 & 0 & { \frac{ 1 }{ 2 } } \end{pmatrix} } }
{\mazeileundzwei { \begin{pmatrix} 1 & 0 & 0 \\ 0 & 1 & 0 \\0 & 0 & 1 \end{pmatrix} } { \begin{pmatrix} 0 & { \frac{ 1 }{ 3 } } & - { \frac{ 1 }{ 6 } } \\ { \frac{ 1 }{ 12 } } & - { \frac{ 1 }{ 36 } } & { \frac{ 1 }{ 72 } } \\0 & 0 & { \frac{ 1 }{ 2 } } \end{pmatrix} } }


}





\inputaufgabepunkteloesung
{5 (4+1)}
{

Es seien
\mathl{M,N}{} quadratische Matrizen über einem Körper $K$, die zueinander in der Beziehung
\mavergleichskettedisp
{\vergleichskette
{N }
{ =} {BMB^{-1} }
{ } { }
{ } { }
{ } { }
} {}{}{} mit einer invertierbaren Matrix $B$ stehen. Zeige, dass die Eigenwerte von $M$ mit den Eigenwerten zu $N$ übereinstimmen, und zwar \aufzaehlungzwei {direkt, } {mit Hilfe des charakteristischen Polynoms. }

}
{

\aufzaehlungzwei {Es sei $\lambda$ ein Eigenwert zu $M$. Dann gibt es ein von $0$ verschiedenes

Koordinatentupel 
\mathl{\begin{pmatrix} x_{1 } \\ \vdots\\ x_{ n } \end{pmatrix}}{} mit


\mavergleichskettedisp
{\vergleichskette
{ M \begin{pmatrix} x_{1 } \\ \vdots\\ x_{ n } \end{pmatrix} }
{ =} { \lambda \begin{pmatrix} x_{1 } \\ \vdots\\ x_{ n } \end{pmatrix} }
{ } { }
{ } { }
{ } { }
} {}{}{.} Es sei
\mavergleichskettedisp
{\vergleichskette
{ \begin{pmatrix} x'_{1 } \\ \vdots\\ x'_{ n } \end{pmatrix} }
{ =} {B \begin{pmatrix} x_{1 } \\ \vdots\\ x_{ n } \end{pmatrix} }
{ } { }
{ } { }
{ } { }
} {}{}{,} was ebenfalls nicht $0$ ist. Dann ist
\mavergleichskettealign
{\vergleichskettealign
{ N\begin{pmatrix} x'_{1 } \\ \vdots\\ x'_{ n } \end{pmatrix} }
{ =} { (BMB^{-1}) \begin{pmatrix} x'_{1 } \\ \vdots\\ x'_{ n } \end{pmatrix} }
{ =} { (BM B^{-1}) B \begin{pmatrix} x_{1 } \\ \vdots\\ x_{ n } \end{pmatrix} }
{ =} { BM \begin{pmatrix} x_{1 } \\ \vdots\\ x_{ n } \end{pmatrix} }
{ =} { B \lambda \begin{pmatrix} x_{1 } \\ \vdots\\ x_{ n } \end{pmatrix} }
} {
\vergleichskettefortsetzungalign
{ =} { \lambda B \begin{pmatrix} x_{1 } \\ \vdots\\ x_{ n } \end{pmatrix} }
{ =} { \lambda \begin{pmatrix} x'_{1 } \\ \vdots\\ x'_{ n } \end{pmatrix} }
{ } {}
{ } {}
} {}{,} d.h. $\lambda$ ist auch ein Eigenwert von $N$. Wegen
\mavergleichskettedisp
{\vergleichskette
{M }
{ =} { B^{-1}NB }
{ } { }
{ } { }
{ } { }
} {}{}{} ist die Situation symmetrisch, daher sind Eigenwerte von $N$ auch Eigenwerte von $M$. } {Aufgrund des Determinantenmultiplikationssatzes besitzen \mathkor {} {M} {und} {N} {} das gleiche charakteristische Polynom. Da die Eigenwerte genau die Nullstellen des charakteristischen Polynoms sind, stimmen die Eigenwerte überein. }


}