Kurs:Riemannsche Flächen (Osnabrück 2022)/Arbeitsblatt 1/latex

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\zwischenueberschrift{Aufgaben}




\inputaufgabe
{}
{

Bestimme die \definitionsverweis {Ableitung}{}{} der \definitionsverweis {Funktion}{}{} \maabbeledisp {f} {{\mathbb C} \setminus \{0\}} {{\mathbb C} } {x} {f(x)=x^n } {,}  für jedes $n \in \Z$.

}
{} {}




\inputaufgabe
{}
{

Zeige, dass die \definitionsverweis {Exponentialfunktion}{}{}
\mathl{\exp x}{} in jedem Punkt
\mavergleichskette
{\vergleichskette
{a }
{ \in }{ {\mathbb C} }
{ }{ }
{ }{ }
{ }{ }
} {}{}{} \definitionsverweis {differenzierbar}{}{} ist und bestimme die \definitionsverweis {Ableitung}{}{.}

}
{} {}




\inputaufgabegibtloesung
{}
{

Beweise die Funktionalgleichung der komplexen Exponentialfunktion, also die Identität
\mavergleichskettedisp
{\vergleichskette
{ \exp \left( z+w \right) }
{ =} { \exp z \cdot \exp w }
{ } { }
{ } { }
{ } { }
} {}{}{} für
\mavergleichskette
{\vergleichskette
{z,w }
{ \in }{ {\mathbb C} }
{ }{ }
{ }{ }
{ }{ }
} {}{}{.}

}
{} {}




\inputaufgabegibtloesung
{}
{

Zeige, dass die \definitionsverweis {komplexe Exponentialfunktion}{}{} \maabbeledisp {} {{\mathbb C}} {{\mathbb C} \setminus \{0\} } {z} { \exp z } {,} \definitionsverweis {surjektiv}{}{} ist.

}
{} {}




\inputaufgabegibtloesung
{}
{

Besitzt die \definitionsverweis {komplexe Exponentialfunktion}{}{} \maabbeledisp {} {{\mathbb C}} {{\mathbb C} \setminus \{0\} } {z} { \exp z } {,} eine \definitionsverweis {differenzierbare}{}{} \definitionsverweis {Umkehrfunktion}{}{?}

}
{} {}




\inputaufgabe
{}
{

Bestimme die \definitionsverweis {Taylor-Reihe}{}{} der \definitionsverweis {Exponentialfunktion}{}{} für einen beliebigen Entwicklungspunkt
\mavergleichskette
{\vergleichskette
{a }
{ \in }{ {\mathbb C} }
{ }{ }
{ }{ }
{ }{ }
} {}{}{.}

}
{} {}




\inputaufgabe
{}
{

Zeige, dass die Hauptsätze der Funktionentheorie wie Satz 1.2, Satz 1.3, Korollar 1.4, Korollar 1.5, Satz 1.6, Satz 1.7, Satz 2.1 und Satz 2.2 nicht im Reellen gelten.

}
{} {}




\inputaufgabe
{}
{

Zeige, dass die Hauptsätze der Funktionentheorie wie Satz 1.3, Korollar 1.4, Korollar 1.5, Satz 1.6, Satz 1.7, Satz 2.1 und Satz 2.2 nicht ohne die Voraussetzung, dass der Definitionsbereich \definitionsverweis {zusammenhängend}{}{} ist, gelten.

}
{} {}




\inputaufgabe
{}
{

Zeige, dass der Satz von Liouville nicht für eine offene Kreisscheibe gilt.

}
{} {}




\inputaufgabe
{}
{

Zeige, dass es auf einer \definitionsverweis {offenen Kreisscheibe}{}{} \definitionsverweis {unbeschränkte}{}{} \definitionsverweis {holomorphe Funktionen}{}{} gibt.

}
{} {}




\inputaufgabe
{}
{

Es sei
\mavergleichskette
{\vergleichskette
{U }
{ = }{ U { \left( 0,r \right) } }
{ \subseteq }{ {\mathbb C} }
{ }{ }
{ }{ }
} {}{}{} eine offene Kreisscheibe und
\mavergleichskette
{\vergleichskette
{ V }
{ = }{ U \setminus \{0\} }
{ }{ }
{ }{ }
{ }{ }
} {}{}{.} Es sei $f$ eine \definitionsverweis {holomorphe Funktion}{}{} auf $V$ und seien $\alpha_0 , \ldots , \alpha_{d-1}$ holomorphe Funktionen auf $U$. Es erfülle $f$ die Ganzheitsgleichung
\mavergleichskettedisp
{\vergleichskette
{ f^d + \alpha_{d-1} f^{d-1} + \cdots + \alpha_2f^2+ \alpha_1 f+\alpha_0 }
{ =} { 0 }
{ } { }
{ } { }
{ } { }
} {}{}{} auf $V$. Zeige, dass $f$ auf ganz $U$ holomorph ist.

}
{} {}




\inputaufgabegibtloesung
{}
{

Zeige, dass durch die \definitionsverweis {Abbildungen}{}{} \maabbeledisp {\varphi} { {\mathbb H} } { U { \left( 0,1 \right) } } { z} { { \frac{ z- { \mathrm i} }{ z + { \mathrm i} } } } {,} und \maabbeledisp {\psi} { U { \left( 0,1 \right) } } { {\mathbb H} } {w} { { \frac{ (w+1) { \mathrm i} }{ 1-w } } } {,} eine \definitionsverweis {biholomorphe Abbildung}{}{} zwischen der \definitionsverweis {oberen Halbebene}{}{} ${\mathbb H}$ und der offenen Einheitskreisscheibe $U { \left( 0,1 \right) }$ gegeben ist.

}
{} {}




\inputaufgabe
{}
{

Bestimme die Ableitungen \mathkor {} {{ \frac{ \partial }{ \partial z } }} {und} {{ \frac{ \partial }{ \partial \overline{ z } } }} {} von
\mavergleichskette
{\vergleichskette
{f(z) }
{ = }{ z^a \overline{ z }^b }
{ }{ }
{ }{ }
{ }{ }
} {}{}{.}

}
{} {}




\inputaufgabe
{}
{

Bestimme die Ableitung
\mathl{{ \frac{ \partial }{ \partial \overline{ z } } }}{} von
\mavergleichskettedisp
{\vergleichskette
{f(z) }
{ =} { \overline{ z }^3+5 z^2 \overline{ z }^2 -3 z^2 \overline{ z } + z \overline{ z }^2 +2 z \overline{ z } +4 z +3 \overline{ z } }
{ } { }
{ } { }
{ } { }
} {}{}{.}

}
{} {}




\inputaufgabegibtloesung
{}
{

Berechne
\mathl{{ \frac{ \partial }{ \partial \overline{ z } } }}{} von
\mathl{\arctan { \left( z \overline{ z } \right) }}{.}

}
{} {}




\inputaufgabegibtloesung
{}
{

Es sei $V$ ein $\Complex$-\definitionsverweis {Vektorraum}{}{} und es seien \maabbdisp {\varphi} {V} {V } {} und \maabbdisp {\psi} {V} {V } {} \definitionsverweis {antilineare}{}{} Abbildungen. Zeige, dass die Verknüpfung
\mathl{\varphi \circ \psi}{} \definitionsverweis {linear}{}{} ist.

}
{} {}




\inputaufgabe
{}
{

Es seien $V_1 , \ldots , V_n, V_{n+1}$ \definitionsverweis {Vektorräume}{}{} über ${\mathbb C}$, es seien \maabbdisp {\varphi_i} {V_i} {V_{i+1} } {} \definitionsverweis {lineare}{}{} oder \definitionsverweis {antilineare}{}{} Abbildungen und es sei
\mavergleichskettedisp
{\vergleichskette
{\varphi }
{ =} { \varphi_n \circ \varphi_{n-1} \circ \cdots \circ \varphi_2 \circ \varphi_1 }
{ } { }
{ } { }
{ } { }
} {}{}{} die \definitionsverweis {Hintereinanderschaltung}{}{} der Abbildungen. Zeige durch Induktion über $n$ die beiden folgenden Aussagen. \aufzaehlungzwei {Wenn die Anzahl der antilinearen Abbildungen gerade ist, so ist $\varphi$ linear. } {Wenn die Anzahl der antilinearen Abbildungen ungerade ist, so ist $\varphi$ antilinear. }

Gilt von diesen Aussagen auch die Umkehrung?

}
{} {}




\inputaufgabe
{}
{

Es sei
\mavergleichskette
{\vergleichskette
{ k }
{ \in }{ \N_{\geq 2} }
{ }{ }
{ }{ }
{ }{ }
} {}{}{.} Zeige, dass es auf keiner \definitionsverweis {offenen Umgebung}{}{} der
\mavergleichskette
{\vergleichskette
{ 0 }
{ \in }{ V }
{ \subseteq }{ {\mathbb C} }
{ }{ }
{ }{ }
} {}{}{} eine \definitionsverweis {holomorphe Funktion}{}{} \maabbdisp {h} {V} { {\mathbb C} } {} mit
\mavergleichskette
{\vergleichskette
{ z }
{ = }{ h^k }
{ }{ }
{ }{ }
{ }{ }
} {}{}{} auf $V$ gibt.

}
{} {}




\inputaufgabe
{}
{

Wir versuchen, für eine jede komplexe Zahl $z$ eine eindeutige Quadratwurzel festzulegen, indem wir aus den beiden Möglichkeiten
\mathl{\pm \sqrt{z}}{} diejenige Quadratwurzel auswählen, die einen positiven Realteil hat bzw. diejenige, falls der Realteil gleich $0$ ist, die einen nichtnegativen Imaginärteil hat. Zeige, dass die so definierte Funktion $\sqrt{z}$ an der Stelle $-1$ nicht \definitionsverweis {stetig}{}{} ist.

}
{} {Tipp: Betrachte diese Funktion auf dem Einheitskreisbogen um $-1$.}