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Reelle Kosinusfunktion/Genau eine Nullstelle zwischen 0 und 2/Fakt/Beweis

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Beweis

Wir betrachten die Kosinusreihe

cosx=n=0(1)nx2n(2n)!.

Für  x=0  ist  cos0=1.  Für  x=2  kann man geschickt klammern und erhält

cos2=1222!+244!266!+288!=1222!(1434)266!(1478)=12(2/3)1/3.

Nach dem Zwischenwertsatz gibt es also mindestens eine Nullstelle im angegebenen Intervall.
Zum Beweis der Eindeutigkeit betrachten wir die Ableitung des Kosinus, diese ist nach Fakt

cosx=sinx.

Es genügt zu zeigen, dass der Sinus im Intervall ]0,2[ positiv ist, denn dann ist das Negative davon stets negativ und der Kosinus ist dann nach Fakt im angegebenen Intervall streng fallend, sodass es nur eine Nullstelle gibt. Für  x]0,2]  gilt

sinx=xx33!+x55!x77!+=x(1x23!)+x55!(1x267)+x(143!)+x55!(1467)+x/3>0.