Als Nächstes zeigen wir mit Hilfe des Satzes von Bolzano-Weierstraß, dass eine auf einem kompakten Intervall definierte stetige Funktion Extremwerte annimmt. Damit beweisen wir insbesondere auch die obige Vermutung, dass eine stetige Funktion auf [ 0, 1] einen beschränkten Wertebereich hat. Satz (Extremwertsatz von Weierstraß, Annahme von Maximum und Minimum) Sei f: [ a, b] → ℝ stetig. Dann gibt es p, q ∈ [ a, b] mit (a) f (p) ist das Maximum des Wertebereichs von f, d. h., es gilt f (x) ≤ f (p) für alle x ∈ [ a, b], (b) f (q) ist das Minimum des Wertebereichs von f, d. h., es gilt f (q) ≤ f (x) für alle x ∈ [ a, b]. Beweis Wir finden ein p wie in (a). Die Minimumsbehauptung wird analog gezeigt. Sei Y = { f (x) | x ∈ [ a, b]} der Wertebereich von f. Satz von weierstraß music. Dann gibt es (Beweis als Übung) eine monoton steigende Folge (y n) n ∈ ℕ in Y mit: (+) Für alle y ∈ Y existiert ein n mit y ≤ y n. Wir definieren eine Folge (x n) n ∈ ℕ in [ a, b] durch x n = "ein x ∈ [ a, b] mit f (x) = y n " für alle n. Nach dem Satz von Bolzano-Weierstraß existiert eine gegen ein p ∈ [ a, b] konvergente Teilfolge (x i n) n ∈ ℕ von (x n) n ∈ ℕ.
Der Satz von Casorati-Weierstraß ist eine Aussage über das Verhalten holomorpher Funktionen in der Umgebung wesentlicher Singularitäten. Er besagt im wesentlichen, dass in jeder Umgebung einer wesentlichen Singularität jede komplexe Zahl durch die Werte der Funktion beliebig genau approximiert werden kann. Er ist eine deutlich einfacher zu beweisende Abschwächung des großen Satzes von Picard, der besagt, dass in jeder Umgebung einer wesentlichen Singularitäten jede komplexe Zahl bis auf möglicherweise eine Ausnahme unendlich oft als Wert auftritt. Aussage Bearbeiten Es sei offen und. Es sei eine holomorphe Funktion. Genau dann hat in eine wesentliche Singularität, wenn für jede Umgebung von: gilt. Beweis Bearbeiten Sei zunächst eine wesentliche Singularität von, angenommen, es gäbe ein, so dass nicht dicht in liegt. Dann gibt es ein und ein, so dass und disjunkt sind. Betrachte auf die Funktion. Satz von Weierstraß (Minimum, Maximum) | Theorie Zusammenfassung. Dabei soll so gewählt werden, dass die einzige -Stelle in ist. Dies ist möglich nach dem Identitätssatz für nicht konstante holomorphe Funktionen.
Satz (Extremwertsatz, Annahme von Maximum und Minimum) Sei f: [ a, b] → ℝ stetig. Dann ist f beschränkt und es gibt p, q ∈ [ a, b] mit: (a) f (p) ist das Maximum des Wertebereichs von f, d. h., es gilt f (x) ≤ f (p) für alle x ∈ [ a, b], (b) f (q) ist das Minimum des Wertebereichs von f, d. h., es gilt f (q) ≤ f (x) für alle x ∈ [ a, b]. Satz von weierstraß vs. Der Extremwertsatz ist vielleicht ähnlich einleuchtend wie der Zwischenwertsatz. Eine stetige Funktion muss auf dem Weg von f (a) nach f (b) irgendwann einen maximalen und irgendwann einen minimalen Wert erreichen und annehmen, das kennen wir von jeder Bergwanderung. Auch hier gilt wieder, dass ein Beweis unerlässlich ist. Anschauungen ersetzen keine Beweise, und zudem basiert die Anschauung sehr stark auf einem "zeichenbaren Funktionsgraphen", was den Stetigkeitsbegriff nicht voll einfängt. Beweisskizze Diesmal ist es der Satz von Bolzano-Weierstraß, der zum Beweis herangezogen wird, also erneut ein relativ starkes und abstraktes Geschütz. Man startet mit einer Folge (f (x n)) n ∈ ℕ im Wertebereich von f, die gegen das Supremum des Wertebereichs konvergiert, falls dieser nach oben beschränkt ist, und gegen +∞ im anderen Fall.
bezeichne den Ring der Keime holomorpher Funktionen um, das heißt die Menge aller in einer offenen Umgebung von definierten holomorphen Funktionen, wobei zwei solche Funktionen identifiziert werden, wenn sie auf einer gemeinsamen offenen Umgebung von übereinstimmen. Da nicht-leeres Inneres hat, ist jedes wegen des Identitätsatzes schon durch seine Werte auf bestimmt, das heißt man hat es mit echten Funktionen zu tun, und definiert eine Norm auf. Um dieselbe Beweisidee wie oben verwenden zu können, muss der erste Teil dieser Beweisidee in die Voraussetzungen des Satzes aufgenommen werden. Das erklärt die nachfolgende Formulierung: [7] Es sei ein kompakter Polykreis,. Sei weiter derart, dass der Funktionskeim von in 0 ein Weierstraß-Polynom vom Grad bzgl. Satz vom Minimum und Maximum – Wikipedia. ist und für jedes sämtliche Lösungen von die Bedingung erfüllen. Dann gibt es eine Konstante, so dass Folgendes gilt: Jedes hat eine eindeutige Darstellung mit, und,, Wie bereits erwähnt, funktioniert die oben vorgestellte Beweisidee. Zusätzliche Arbeit entsteht für die Ermittlung der nur von und abhängigen Konstanten.
Verallgemeinerung [ Bearbeiten | Quelltext bearbeiten] Der gleiche Satz - gemäß den Fassungen (Ia) oder (Ib) - gilt auch noch, wenn anstelle eines kompakten reellen Intervalls ein beliebiger kompakter topologischer Raum zugrundegelegt wird: Stetige Bilder von kompakten topologischen Räumen unter reellwertigen Funktionen sind innerhalb der reellen Zahlen stets abgeschlossen und beschränkt. [4] [5] [6] Tatsächlich kann diese Aussage noch weiter verallgemeinert werden: Das Bild eines kompakten topologischen Raums unter einer stetigen Funktion ist wieder kompakt. Da kompakte Teilmengen von metrischen Räumen (insbesondere also von) immer abgeschlossen und beschränkt sind, folgt sofort die obige Aussage. Divisionssatz von Weierstraß – Wikipedia. Da auch die Bilder zusammenhängender topologischer Räume unter stetigen Funktionen wieder zusammenhängend sind und die zusammenhängenden Teilmengen von gerade die Intervalle sind, stellt sich auch die Fassung (II) als Spezialfall eines allgemeinen topologischen Sachverhalts dar. Quellen und Hintergrundliteratur [ Bearbeiten | Quelltext bearbeiten] Otto Forster: Analysis 2 (= Grundkurs Mathematik).
Der Beweis beruht entscheidend auf dem Intervallschachtelungsprinzip, welches wiederum äquivalent ist zur Vollständigkeit der reellen Zahlen. Visualisierung der Beweisskizze [ Bearbeiten | Quelltext bearbeiten] Gegeben sei eine beschränkte Folge. Diese besitzt damit eine untere Schranke und eine obere Schranke. Als erstes Intervall der Intervallschachtelung wählt man. Das Intervall wird in zwei gleich große Teilintervalle unterteilt. Satz von weierstraß 2. Als zweites Intervall der Intervallschachtelung wählt man das Teilintervall, welches unendlich viele Folgenglieder von besitzt. Wenn beide Teilintervalle unendlich viele Glieder von besitzen, wählt man irgendeines der beiden Teilintervalle als. Das Intervall wird wieder in zwei Teilintervalle zerlegt. Auch hier wählt man das Teilintervall als drittes Intervall, welches unendlich viele Folgeglieder von besitzt. Diesen Prozess wiederholt man unendlich oft. So erhält man eine Intervallschachtelung. Aus dem Intervallschachtelungsprinzip folgt, dass es eine Zahl gibt, die in allen Intervallen enthalten ist.
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