Oblig 1 - MAT Oppgave 1. Fredrik Meyer. Vi lar α > 1 og x 1 > α. Vi definerer en følge (x n ) ved. x n+1 = α + x n 1 + x n.

Like dokumenter
Analysedrypp II: Kompletthet

Litt topologi. Harald Hanche-Olsen

Løsningsforslag til Mat112 Obligatorisk Oppgave, våren Oppgave 1

ANALYSEDRYPP. Et forkurs til MAT2400. av Tom Lindstrøm. Matematisk insitutt og CMA Universitetet i Oslo 2011

Oppgaveark Uke 37 (07/09-11/09) MAT111 - H09

INVERST FUNKSJONSTEOREM MAT1100 KALKULUS

MA1102 Grunnkurs i analyse II Vår 2019

Hint til oppgavene. Uke 34. Uke 35. Fullstendige løsningsforslag finnes på emnesidene for 2017.

MA1102 Grunnkurs i Analyse II Vår 2015

Løsning til prøveeksamen i MAT2400, V-11

Analysedrypp III: ɛ-δ og alt det der

UNIVERSITETET I OSLO

MAT jan jan feb MAT Våren 2010

EKSEMPLER TIL ETTERTANKE MAT1100 KALKULUS

(ii) g = (f B)^{-1} \: V \to B \subset R^m er deriverbar med Dg(f(u)) = (Df(u))^{-1} \: R^m \to R^m for alle u i B.

UNIVERSITETET I OSLO

Analysedrypp IV: Metriske rom

Løsningsforslag til noen oppgaver om Zorns lemma

Oblig 1 - MAT2400. Fredrik Meyer

Matematikk 1 (TMA4100)

Notater fra forelesning i MAT1100 torsdag

Fremdriftplan. Siste uke. I dag. Kap. 1 Funksjoner Grenseverdier

Potensrekker Forelesning i Matematikk 1 TMA4100

Notasjon i rettingen:

MA2401 Geometri Vår 2018

MA oppsummering så langt

Taylorpolynom (4.8) f en funksjon a et punkt i definisjonsmengden til f f (minst) n ganger deriverbar i a Da er Taylorpolynomet til f om a

NOTAT OM UNIFORM KONTINUITET VEDLEGG TIL BRUK I KURSET MAT112 VED UNIVERSITETET I BERGEN

TMA4100 Matematikk 1, høst 2013

Bijective (= one-to-one and onto) Bijektiv (= en-til-en og på) Bisection principle (= lion hunting) Halveringsmetoden

Logaritmer og eksponentialfunksjoner

OPPGAVESETT MAT111-H16 UKE 36. Oppgaver til seminaret 9/9. Husk at seminaret finnes i to varianter, begge fredag :

OPPGAVESETT MAT111-H17 UKE 36. Oppgaver til seminaret 8/9. Husk at seminaret finnes i to varianter, begge fredag :

For å vise at et metrisk rom (X, d) er komplett må vi vise at enhver Cauchy-følge (x_n)_n i (X, d) konvergerer mot en grense x i X.

Notater fra forelesning i MAT1100 mandag

LEDDVIS INTEGRASJON OG DERIVASJON AV POTENSREKKER: a n x n. R > 0, med summen s(x). Da gjelder: a n n + 1 xn+1 for hver x < R.

TMA4100 Matematikk 1, høst 2013

Julenøtter til gruppe 5&7! (IKKE eksamensrelevant, bare for gøy gjerne i romjulen)

Forelesning Matematikk 4N

Løsningsforslag til utvalgte oppgaver i kapittel 5

UNIVERSITETET I OSLO

Litt matematikk som er nyttig for teorien bak spillteorien.

TMA4100 Matematikk 1, høst 2013

Løsningsforslag, midtsemesterprøve MA1101, 5.oktober 2010

Velkommen til oversiktsforelesninger i Matematikk 1. med Jørgen Endal

UNIVERSITETET I OSLO

Fasit til utvalgte oppgaver MAT1110, uka 28/4-2/5

Test, 2 Algebra. Innhold. 2.1 Tallfølger. R2, Algebra Quiz

En (reell) funksjon f fra en (reell) mengde D er en regel som til hvert element x D tilordner en unik verdi y = f (x).

Notat om Peanos aksiomer for MAT1140

En følge i en lukket delmengde av R^m kan altså ikke konvergere mot en vektor utenfor den lukkede delmengden.

LEDDVIS INTEGRASJON OG DERIVASJON AV POTENSREKKER:

Finne løsninger på ligninger numerisk: Newton-Raphson metoden og Fikspunktiterasjon MAT111, høsten 2017

UNIVERSITETET I BERGEN

Ekstremverdier Mellomverdisatsen Forelesning i Matematikk 1 TMA4100

Analysedrypp I: Bevis, mengder og funksjoner

Løsningsforslag, eksamen MA1101/MA6101 Grunnkurs i analyse I, vår 2009

Underveiseksamen i MAT-INF 1100, 17. oktober 2003 Tid: Oppgave- og svarark

Definisjon 10.14: La V være et reelt vektorrom og N \: V \to R en funksjon. Vi skriver x = N(x) og sier at N er en norm på V dersom følgende holder:

Eksempler på praktisk bruk av modulo-regning.

MAT1030 Forelesning 8

Kapittel 4: Mer predikatlogikk

Iterasjon og optimering

Fraktaler og kaos Harald Hanche-Olsen

Løsningsforslag til utvalgte oppgaver i Kalkulus. Øyvind Ryan

Analysedrypp I: Bevis, mengder og funksjoner

Relativt primiske tall

MAT Grublegruppen Uke 36

MAT Grublegruppen Notat 6

Notat 05 for MAT Relasjoner, operasjoner, ringer. 5.1 Relasjoner

Eksamensoppgave i MA1101 Grunnkurs i analyse

MAT jan jan jan MAT Våren 2010

Den første implikasjonen er bevist i oppgave 1.30c. Den andre vises kontrapositivt slik:

TMA4165 Dynamiske systemer Fraktaler og kaos. Harald Hanche-Olsen.

TMA4100 Matematikk 1, høst 2013

TMA4100 Matematikk 1 for MTDESIG, MTIØT-PP, MTMART og MTPROD høsten 2010

Tall SKOLEPROSJEKT MAT VÅR 2014 AUTHORS: ASTRI STRAND LINDBÆCK CAMILLA HELVIG PIA LINDSTRØM. Date: March 31,

Potensrekker Forelesning i Matematikk 1 TMA4100

Grublegruppe 19. sept. 2011: Algebra I

MA2401 Geometri Vår 2018

Generelle teoremer og definisjoner MA1102 Grunnkurs i analyse II - NTNU

Følger og rekker. Department of Mathematical Sciences, NTNU, Norway. November 10, 2014

Integrasjon Fundamentalteoremet Substitusjon Forelesning i Matematikk 1 TMA4100

Begreper i analyse. Olav Nygaard

Prøveeksamen i MAT 1100, H-03 Løsningsforslag

Fasit til utvalgte oppgaver MAT1100, uka 15/11-19/11

Prøveunderveiseksamen i MAT-INF 1100, H-03

MA2401 Geometri Vår 2018

OPPGAVESETT MAT111-H17 UKE 39. Oppgaver til seminaret 29/9

Integrasjon Skoleprosjekt MAT4010

1 Mandag 1. februar 2010

K A L K U L U S. Løsningsforslag til utvalgte oppgaver fra Tom Lindstrøms lærebok. ved Klara Hveberg. Matematisk institutt Universitetet i Oslo

Funksjonsdrøfting MAT111, høsten 2017

a) Blir produktet av to vilkårlige oddetall et partall eller et oddetall? Bevis det.

Lebesgueintegralet - en innføring

TMA4100 Matematikk 1, høst 2013

Kontinuitet og derivasjon Forelesning i Matematikk 1 TMA4100

Matematikk 1 (TMA4100)

UNIVERSITETET I OSLO

Bevisformer. Kapittel Direkte bevis

Transkript:

Oblig 1 - MAT2400 Fredrik Meyer 1 Oppgave 1 Vi lar α > 1 og x 1 > α. Vi definerer en følge (x n ) ved Lemma 1 (a). x n > 1 n N x n+1 = α + x n = x n + α x2 n Bevis. Siden α > 1 er α + x n >, så 1 = 1+xn er definisjonen på x n, så konklusjonen følger. > α+xn = x n+1. Dette Lemma 2 (b). x n > α for odde n, og x n < α for like n. Videre er også x 2n+1 > x 2n n. Bevis. Først litt algebra: α x 2 n+1 = α (α + x n) 2 = α() 2 (α + x n ) 2 = α(1 + 2x n + x 2 n) (α 2 + 2αx n + x 2 n) = α + 2x nα + αx 2 n α 2 2αx n x 2 n = α α2 + x 2 n(α 1) = α(1 α) x2 n(1 α) (1 x n ) 2 = (1 α)(α x2 n) 1

Siden α > 1 og x 2 1 > α, er (1 α)(α x2 1 ) > 0, så fra regnestykket vårt ovenfor er α > x 2. Nå gir samme argument at (1 α)(α x 2 2 ) < 0, så x 3 > α. Anta nå at dette stemmer for n = k. Altså at x 2k+1 > α Da er α x 2k+2 = (1 α)(α x2 2k+1 ) () > 0, så x 2 2 2k+2 < α. Resultatet følger ved induksjonsprinsippet. Vi har nå at x 2n+1 = x n + α x2 n > x n, siden α x 2 n < 0, så x 2n+1 > x 2n, som beviser den siste påstanden. Lemma 3 (c). Videre er x 1 > x 3 > x 5 >... og x 2 < x 4 < x 6 <.... Bevis. Siden x n = α+x n 1 1, er x n 1 = xn α 1 x n. Dette er elementær algebra. x n+1 x n 1 = α + x n x n α 1 x n = (α + x n)(1 x n ) (x n α)( ) ( )(1 x n ) = 2 α x2 n 1 x 2 n Anta for eksempel at n 1 er partall. Da er også n + 1 partall. Dermed er α x 2 n > 0 fra forrige lemma. Fra utregningen ovenfor følger det at x n+1 > x n 1 når n er partall. Vises på tilsvarende måte for oddetall. Lemma 4 (d). (x 2n ) n=1 og (x 2n+1) n=1 er konvergente delfølger. Bevis. Fra lemma b) vet vi at (x 2n ) n=1 er oppad begrenset av α. I tillegg er (x 2n ) n=1 strengt økende. Fra analysens fundamentalaksiom konvergerer derfor følgen. Akkurat samme argumentasjon for (x 2n+1 ) n=1. Teorem 1. lim n x n = α Bevis. Siden (x 2n ) n=1 og (x 2n+1) n=1 konvergerer, har vi at x n+1 x n 1 0 når n. Men x n+1 x n 1 = 2 x2 n α x 2 n 1, så vi må ha at x2 n α 0 når n. Men dette er det samme som at x n α når n. 2

2 Oppgave 2 Lemma 5 (a). La f : I R være kontinuerlig og deriverbar, der I R er et åpent intervall. Anta K slik at f (x) < K x I. Da er f uniformt kontinuerlig. Bevis. Vi må vise at gitt enhver ɛ > 0, eksisterer det en δ(ɛ) > 0 slik at når x y < δ(ɛ), så er f(x) f(y) < ɛ. Siden f er begrenset av K, f er kontinuerlig og deriverbar, har vi fra middelverdiulikheten at f(b) f(a) (b a)k a, b I (b > a). Setter vi δ = ɛ K, så ser vi at x y < δ medfører at f(x) f(y) K x y < ɛ, og vi er ferdige. Lemma 6 (b). La g : I R være uniformt kontinuerlig og deriverbar. Da er g begrenset. Bevis. Anta g er ubegrenset i t. Da har vi at g(t n ) g(t) t n t når t n t. Men dette betyr at for alle ɛ > 0 og alle n > N(ɛ) er g(t n ) g(t) > t n t selv om t n t < ɛ. Dermed kan ikke g være uniformt kontinuerlig, og vi har en selvmotsigelse. Lemma 7 (c). La h : [1, ) R være uniformt kontinuerlig med h(1) = 1. Da eksisterer det en K slik at h(x) < Kx x [1, ). Bevis. Siden h er uniformt kontinuerlig, eksisterer det en N slik at x y < medførerer at h(x) h(y) < ɛ. La x [1, ). Da er 1 N h(x) = h(x) h(x 1 N ) + h(x 1 N ) h(x 2 N )... + h(1) h(x) h(x 1 N ) + h(x 1 N ) h(x 2 ) +... + h(1) N < ɛn(x 1) + 1 = ɛnx ɛ 1 + 1 ɛnx ɛx + x = (ɛn ɛ + 1)x Hvor vi i siste steg har brukt at om x [1, ), så er x 1. Velger vi K = (ɛn ɛ + 1), er vi ferdige. 3

3 Oppgave 3 Lemma 8 (a). La f : R R. Anta f er diskontinuerlige i x 0 R. Da eksisterer det en følge x n slik at x n x 0 når n, men f(x n ) f(x 0 ). Bevis. Dette er enkelt. Siden f er diskontinuerlig i x 0, eksisterer det en ɛ > 0 slik at uansett hva δ > 0 er, så har vi at f(x 0 ) f(x) > ɛ, men x 0 x < δ. La nå (x n ) være en følge slik at x n x 0. Da eksisterer det en N(δ) slik at x 0 x n < δ n > N(δ). Men siden f er diskontinuerlig i x 0, betyr dette at f(x 0 ) f(x n ) > ɛ n > N(δ). Dermed har vi at f(x n ) f(x 0 ). Lemma 9 (b). Anta at f : R R er diskontinuerlig i x 0. Da eksisterer det en følge (x n ) slik at x n x 0 når n og r Q slik at enten 1) f(x n ) > r > f(x 0 ) n eller 2) f(x n ) < r < f(x 0 ) n. Bevis. La A = {x R f(x) < f(x 0 )} og B = {x R f(x) > f(x 0 )}. Da har vi at A B {x 0 } = R. Dermed må minst én av A, B være slik at uansett hvilken ɛ vi blir gitt, så kan vi i denne finne x n slik at x n x 0 < ɛ n > N(ɛ) (hvis ikke, ville ikke disse mengdene partisjonert R). Uten tap av generalitet, kan vi anta at denne mengden er A. La (x n ) være en følge i A slik at x n x 0 når n. Siden f er diskontinuerlig i x 0, eksisterer det en ɛ slik at f(x 0 ) f(x n ) > ɛ, men x 0 x n < δ. Dermed har vi at f(x 0 ) f(x n ) > ɛ for alle x n slik at x n x 0 < δ. Fra lemma 1.26 i boken, eksisterer det mellom to tall x og y alltid et rasjonalt tall slik at x < r < y. La r være et slikt tall mellom f(x 0 ) og f(x 0 ) ɛ. Teorem 2. La f : R R. Anta at f oppfyller skjæringsegenskapen og at for hvert rasjonalt tall r, så er mengden {x f(x) = r} en lukket delmengde av R. I så fall er f kontinuerlig. Bevis. Fra b) vet vi at det eksisterer en følge (x n ) og et rasjonalt tall r slik at (for eksempel) f(x n ) > r > f(x 0 ) for alle n. Siden f oppfyller skjæringsegenskapen, eksisterer det for hver n t n slik at f(t n ) = r. Så legger vi merke til at t n {x f(x) = r} n, og at siden x n < t n < x 0 og x n x 0, så må t n x 0. Men siden {x f(x) = r} er lukket, må x 0 {x f(x) = r}. Det betyr at f(x 0 ) = r, som er en selvmotsigelse siden vi antok at r < f(x 0 ). f må derfor være kontinuerlig. 4 Oppgave 4 La A R være en begrenset mengde. La f : R Rvære kontinuerlig og avtagende, og la B = {f(x) : x A}. Da er B begrenset og sup B = f(inf A) 4

og inf B = f(sup A). Bevis. Dette er en slik påstand som er så selvsagt at den ikke burde bevises. Men la gå. Anta B var ubegrenset. La (x n ) være en følge i A slik at x n x 0 når n. Siden B er ubegrenset kan vi ha valgt (x n ) slik at f(x n ) f(x m ) > M for alle n > m og M N. Men da har vi funnet M slik at f(x n ) f(x m ) > M, men x n x m < ɛ (bare la n,m være store nok). Men dette motsier at f er kontinuerlig. Dermed må B være begrenset. La nå = f(inf A). Siden inf A x x, så er f(inf A) f(x) x A siden f er synkende. Og siden hvis δ x x A, er også δ inf A, så følger det at f(δ) f(x) x A, så er f(δ) f(inf A). Men dette er akkurat hva definisjonen av supremum er, og dermed må sup B = f(inf A). Den andre påstanden vises på akkurat samme måte. 5