diff --git a/Band2/B.2.1.png b/Band2/B.2.1.png new file mode 100644 index 0000000..72c2495 Binary files /dev/null and b/Band2/B.2.1.png differ diff --git a/Band2/B.2.10.png b/Band2/B.2.10.png new file mode 100644 index 0000000..0e48445 Binary files /dev/null and b/Band2/B.2.10.png differ diff --git a/Band2/B.2.11.png b/Band2/B.2.11.png new file mode 100644 index 0000000..d5e4295 Binary files /dev/null and b/Band2/B.2.11.png differ diff --git a/Band2/B.2.12.png b/Band2/B.2.12.png new file mode 100644 index 0000000..9475291 Binary files /dev/null and b/Band2/B.2.12.png differ diff --git a/Band2/B.2.13.png b/Band2/B.2.13.png new file mode 100644 index 0000000..d580be1 Binary files /dev/null and b/Band2/B.2.13.png differ diff --git a/Band2/B.2.14.png b/Band2/B.2.14.png new file mode 100644 index 0000000..73c9e0a Binary files /dev/null and b/Band2/B.2.14.png differ diff --git a/Band2/B.2.15.png b/Band2/B.2.15.png new file mode 100644 index 0000000..e4435e1 Binary files /dev/null and b/Band2/B.2.15.png differ diff --git a/Band2/B.2.16.png b/Band2/B.2.16.png new file mode 100644 index 0000000..ab273f5 Binary files /dev/null and b/Band2/B.2.16.png differ diff --git a/Band2/B.2.17.png b/Band2/B.2.17.png new file mode 100644 index 0000000..c2a0180 Binary files /dev/null and b/Band2/B.2.17.png differ diff --git a/Band2/B.2.18.png b/Band2/B.2.18.png new file mode 100644 index 0000000..dfb1683 Binary files /dev/null and b/Band2/B.2.18.png differ diff --git a/Band2/B.2.2.png b/Band2/B.2.2.png new file mode 100644 index 0000000..f8e1a35 Binary files /dev/null and b/Band2/B.2.2.png differ diff --git a/Band2/B.2.3.png b/Band2/B.2.3.png new file mode 100644 index 0000000..ea63a61 Binary files /dev/null and b/Band2/B.2.3.png differ diff --git a/Band2/B.2.4.png b/Band2/B.2.4.png new file mode 100644 index 0000000..2d7b377 Binary files /dev/null and b/Band2/B.2.4.png differ diff --git a/Band2/B.2.5.png b/Band2/B.2.5.png new file mode 100644 index 0000000..9d12ac2 Binary files /dev/null and b/Band2/B.2.5.png differ diff --git a/Band2/B.2.6.png b/Band2/B.2.6.png new file mode 100644 index 0000000..d9e0491 Binary files /dev/null and b/Band2/B.2.6.png differ diff --git a/Band2/B.2.7.png b/Band2/B.2.7.png new file mode 100644 index 0000000..32710e7 Binary files /dev/null and b/Band2/B.2.7.png differ diff --git a/Band2/B.2.8.png b/Band2/B.2.8.png new file mode 100644 index 0000000..696f701 Binary files /dev/null and b/Band2/B.2.8.png differ diff --git a/Band2/B.2.9.png b/Band2/B.2.9.png new file mode 100644 index 0000000..534603d Binary files /dev/null and b/Band2/B.2.9.png differ diff --git a/Band2/B2.1.tex b/Band2/B2.1.tex new file mode 100644 index 0000000..f3a4480 --- /dev/null +++ b/Band2/B2.1.tex @@ -0,0 +1,74 @@ +%!tikz editor 1.0 +\documentclass{article} +\usepackage{tikz} +\usepackage[graphics, active, tightpage]{preview} +\usepackage{circuitikz} +\PreviewEnvironment{tikzpicture} + +%!tikz preamble begin +\usepackage{pgfplots} +%!tikz preamble end + + +\begin{document} +%!tikz source begin +\begin{tikzpicture}[line cap=round,line join=round,x=1cm,y=1cm,scale=3] +\tikzset{ + every pin/.style={fill=yellow!50!white,rectangle,rounded corners=3pt,font=\tiny}, + small dot/.style={fill=black,circle,scale=0.3},} +\begin{axis}[ +x=2cm,y=2cm, +axis lines=middle, +axis line style = {-latex}, +xmin=-2.5, +xmax=2.5, +ymin=-0.5, +ymax=4, +%ytick={1,2}, +%yticklabels={1,2}, +xtick=\empty, +xlabel=$x$, +ylabel=$y$, +extra x ticks={0.5}, + extra x tick style={ + tick label style={anchor=north}}, + extra x tick labels={$\frac{1}{2}$}, +extra y ticks={0.25}, + extra y tick style={ + tick label style={anchor=east}}, + extra y tick labels={$\frac{1}{4}$}, +enlargelimits = true, +] + + + +\draw [thick, dashed] (axis cs: -0.05,1) -- (axis cs: 0.5,1); +\draw [thick, dashed] (axis cs: 0.5,-0.05) -- (axis cs: 0.5,1); + + +\addplot[domain=-2:2, blue, line width=1,samples=2000] {x^2}; + +\addplot[color=blue!80!black, only marks, style={mark=*}] coordinates {(0.5,2)}; + +\draw [ultra thin, dashed] (axis cs: -.05,1/4) -- (axis cs: 1/2,1/4); +\draw [thick, dashed] (axis cs: 0.5,1) -- (axis cs: 0.5,2); + + + +\scriptsize{ \node () at (axis cs:2.4,1.8) {$\displaystyle y=\left\{ \begin{array}{rl} +\frac{x^2-\frac{1}{4}}{x-\frac{1}{2}} & \text{für}\; x \neq \frac{1}{2}\\ \\ +2 & \text{für}\; x = \frac{1}{2}\\ +\end{array} +\right .$};} + +% \draw[] (axis cs:1.3, 0.1) -- (axis cs:1.3, -0.1); +% \node () at (axis cs:1.3,-0.25) {$x_0$}; + +% \draw[] (axis cs:1.14,-0.05) -- (axis cs:1.14, 0.05); +% \node () at (axis cs:0.33,-0.45) {$\frac{1}{\pi}$}; + +\end{axis} +\end{tikzpicture} +%!tikz source end + +\end{document} \ No newline at end of file diff --git a/Band2/B2.10.tikz b/Band2/B2.10.tikz new file mode 100644 index 0000000..64f3c2b --- /dev/null +++ b/Band2/B2.10.tikz @@ -0,0 +1,37 @@ +\begin{tikzpicture} + +\begin{axis}[ + x=1cm,y=1cm, +axis lines=middle, + axis x line=middle, + axis y line=middle, + %enlarge x limits=0.15, + %enlarge y limits=0.15, + every axis x label/.style={at={(current axis.right of origin)},anchor=north east}, + every axis y label/.style={at={(current axis.above origin)},anchor=north east}, +xmin=-0.5, +xmax=6., +ymin=-0.5, +ymax=5, +ytick={1,...,2}, +xtick={3}, +xlabel=$x$, +ylabel=$y$, +] + +\addplot[domain=0.75:3, blue!80!black, line width=1,samples=50] {3/x}; +\addplot[domain=3:5, blue!80!black, line width=1,samples=50] {x-1}; +\addplot[color=blue!80!black, only marks, style={mark=*, fill=white}] coordinates {(3,2)}; +\addplot[color=blue!80!black, only marks, style={mark=* }] coordinates {(3,1)}; + +\draw [dashed, draw=black] (axis cs: -0.05,1) -- (axis cs: 3,1); +\draw [dashed, draw=black] (axis cs: -0.05,2) -- (axis cs: 3,2); +\draw [dashed, draw=black] (axis cs: 3,-0.05) -- (axis cs: 3,2); + +\node[] at (axis cs:4.5,4.5) {\footnotesize$y=\left\{\begin{array}{l} +\frac{3}{x} \text { für } 03 +\end{array}\right.$}; + +\end{axis} +\end{tikzpicture} \ No newline at end of file diff --git a/Band2/B2.11.tikz b/Band2/B2.11.tikz new file mode 100644 index 0000000..7b1d493 --- /dev/null +++ b/Band2/B2.11.tikz @@ -0,0 +1,33 @@ +\begin{tikzpicture}[line cap=round,line join=round,x=1cm,y=1cm] +\tikzset{ + every pin/.style={fill=yellow!50!white,rectangle,rounded corners=3pt,font=\tiny}, + small dot/.style={fill=black,circle,scale=0.3},} +\begin{axis}[ +x=1.5cm,y=1.5cm, +axis lines=middle, +axis line style = {-latex}, +xmin=-0.25, +xmax=4.2, +ymin=-0.25, +ymax=3, +ytick=\empty, +xtick=\empty, +xlabel=$x$, +ylabel=$y$, +extra y ticks={1.5}, + extra y tick style={ + tick label style={anchor=east}}, + extra y tick labels={$\displaystyle g$}, +enlargelimits = true, +] +\draw [thick, draw=blue!50!black] + (axis cs: -0.05,1.5) -- (axis cs: 5.2,1.5); +\node[] at (axis cs:2.5,2.5) {$y=f(x)$}; + +\addplot[domain=1.1:4.4, green!50!black , line width=1,samples=200] {1.5+(5*e^(-x))*(cos(deg(2*pi*x)))}; + +\end{axis} + + + +\end{tikzpicture} \ No newline at end of file diff --git a/Band2/B2.12.tikz b/Band2/B2.12.tikz new file mode 100644 index 0000000..5142d24 --- /dev/null +++ b/Band2/B2.12.tikz @@ -0,0 +1,24 @@ +\begin{tikzpicture}[line cap=round,line join=round,>=triangle 45,x=1cm,y=1cm] +\begin{axis}[ +x=1cm,y=1cm, +axis lines=middle, +xmin=-5, +xmax=5, +ymin=-1.4, +ymax=5, +ytick={-1,...,4}, +xtick={-3,...,3}, +xlabel=$x$, +ylabel=$y$, +] + + +\addplot[domain=0.5:4, blue, line width=1,samples=50] {1/(x^2)}; +\addplot[domain=-4:-0.5, blue, line width=1,samples=50] {1/(x^2)}; + +\node[] at (axis cs:2.5,2.5) {$\displaystyle y=\frac{1}{x^2}\; (x \neq 0)$}; +\end{axis} + + + +\end{tikzpicture} \ No newline at end of file diff --git a/Band2/B2.19.png b/Band2/B2.19.png new file mode 100644 index 0000000..225e381 Binary files /dev/null and b/Band2/B2.19.png differ diff --git a/Band2/B2.3.tikz b/Band2/B2.3.tikz new file mode 100644 index 0000000..c2038b7 --- /dev/null +++ b/Band2/B2.3.tikz @@ -0,0 +1,27 @@ +\begin{tikzpicture}[line cap=round,line join=round,x=1cm,y=1cm] +\tikzset{ + every pin/.style={fill=yellow!50!white,rectangle,rounded corners=3pt,font=\tiny}, + small dot/.style={fill=black,circle,scale=0.5},} +\begin{axis}[ + axis x line=middle, + x=3cm, + width=40mm, + height=20mm, + xmin=0.5, + xmax=3.5, + xtick = \empty, + x axis line style={thick,-latex}, + xlabel style={anchor=north west}, + axis y line=none, + anchor=left of origin, +xlabel=$x$, +extra x ticks={1, 2, 3}, +extra x tick labels={$x_0 - C$, $x_0$, $x_0+C$}, +] +\draw [line width=2] (axis cs: 1,0) -- (axis cs: 3,0); +\addplot[only marks, fill=white, thick] coordinates {(1,0)}; +\addplot[only marks, fill=white, thick] coordinates {(2,0)}; +\addplot[only marks, fill=white, thick] coordinates {(3,0)}; +\end{axis} + +\end{tikzpicture} \ No newline at end of file diff --git a/Band2/B2.4.tikz b/Band2/B2.4.tikz new file mode 100644 index 0000000..26a04b1 --- /dev/null +++ b/Band2/B2.4.tikz @@ -0,0 +1,53 @@ +\begin{tikzpicture} +[line cap=round,line join=round,x=1cm,y=1cm] +\tikzset{ + every pin/.style={fill=yellow!50!white,rectangle,rounded corners=3pt,font=\tiny}, + small dot/.style={fill=black,circle,scale=0.3},} +\begin{axis}[ +x=2cm,y=2cm, +axis lines=middle, +axis line style = {-latex}, +xmin=-0.75, +xmax=3.75, +ymin=-0.5, +ymax=3.5, +ytick=\empty, +xtick=\empty, +xlabel=$x$, +ylabel=$y$, +extra x ticks={0.75, 2, 2.5,2.8}, +extra x tick labels={$x_1$, $x_3$, $x_0$, $x_2$}, +extra y ticks={0.64, 1.5, 2.0625, 2.46}, +extra y tick labels={$f(x_1)$, $f(x_3)$, $g$ , $f(x_2)$}, +] + +\addplot[domain=0.5:3.1, blue, line width=1,samples=500] {0.25*(x^2)+0.5}; + + +\draw [line width=0.1] (axis cs: 0.75,-0.05) -- (axis cs: 0.75,0.640625); +\draw [line width=0.1] (axis cs: -0.05,0.640625) -- (axis cs: 0.75,0.640625); + +\draw [ultra thin] (axis cs: 2,-0.05) -- (axis cs: 2,1.5); +\draw [ultra thin] (axis cs: -0.05,1.5) -- (axis cs: 2,1.5); + +\draw [loosely dashed, ultra thin] (axis cs: 2.5,-0.05) -- (axis cs: 2.5,2.0625); +\draw [loosely dashed, thin] (axis cs: -0.05,2.0625) -- (axis cs: 2.5,2.0625); + +\draw [ultra thin] (axis cs: 2.8,-0.05) -- (axis cs: 2.8,2.46); +\draw [ultra thin] (axis cs: -0.05,2.46) -- (axis cs: 2.8,2.46); + + +\addplot[color=blue!80!black, only marks, style={mark=*}] coordinates {(0.75,0.640625)}; +\addplot[color=blue!80!black, only marks, style={mark=*}] coordinates {(2,1.5)}; + +\addplot[color=blue, only marks, fill=white] coordinates {(2.5,2.0625)}; + +\addplot[color=blue!80!black, only marks, style={mark=*}] coordinates {(2.8,2.46)}; + + +\node () at (axis cs:2.5,2.8) {$\displaystyle y=\left(x\right)$}; + +\end{axis} + + +\end{tikzpicture} diff --git a/Band2/B2.5.tikz b/Band2/B2.5.tikz new file mode 100644 index 0000000..3b6e682 --- /dev/null +++ b/Band2/B2.5.tikz @@ -0,0 +1,58 @@ +\begin{tikzpicture} +[line cap=round,line join=round,x=1cm,y=1cm] +\tikzset{ + every pin/.style={fill=yellow!50!white,rectangle,rounded corners=3pt,font=\tiny}, + small dot/.style={fill=black,circle,scale=0.3},} +\begin{axis}[ +x=2cm,y=2cm, +axis lines=middle, +axis line style = {-latex}, +xmin=-1, +xmax=3, +ymin=-0.5, +ymax=2, +ytick={1,2}, +yticklabels={1,2}, +xtick=\empty, +xlabel=$x$, +ylabel=$y$, +extra x ticks={0.5}, + extra x tick style={ + tick label style={anchor=north}}, + extra x tick labels={$\frac{1}{2}$}, +enlargelimits = true, +] + + + +\draw [thick, dashed] (axis cs: -0.05,1) -- (axis cs: 0.5,1); +\draw [thick, dashed] (axis cs: 0.5,-0.05) -- (axis cs: 0.5,1); + + +\addplot[domain=-1:0.5, blue, line width=1,samples=2000] {((x^2)-(1/4))/(x-(1/2)}; +\addplot[color=blue!80!black, only marks, style={mark=*, fill=white}] coordinates {(0.5,1)}; +\addplot[domain=0.51:1.5, blue, line width=1,samples=2000] {((x^2)-(1/4))/(x-(1/2)}; + +\addplot[color=blue!80!black, only marks, style={mark=*}] coordinates {(0.5,2)}; + +\draw [thick, dashed] (axis cs: -0.05,2) -- (axis cs: 0.5,2); +\draw [thick, dashed] (axis cs: 0.5,1) -- (axis cs: 0.5,2); + + + +\scriptsize{ \node () at (axis cs:2.4,1.8) {$\displaystyle y=\left\{ \begin{array}{rl} +\frac{x^2-\frac{1}{4}}{x-\frac{1}{2}} & \text{für}\; x \neq \frac{1}{2}\\ \\ +2 & \text{für}\; x = \frac{1}{2}\\ +\end{array} +\right .$};} + +% \draw[] (axis cs:1.3, 0.1) -- (axis cs:1.3, -0.1); +% \node () at (axis cs:1.3,-0.25) {$x_0$}; + +% \draw[] (axis cs:1.14,-0.05) -- (axis cs:1.14, 0.05); +% \node () at (axis cs:0.33,-0.45) {$\frac{1}{\pi}$}; + +\end{axis} + + +\end{tikzpicture} \ No newline at end of file diff --git a/Band2/B2.6.tikz b/Band2/B2.6.tikz new file mode 100644 index 0000000..4679aa0 --- /dev/null +++ b/Band2/B2.6.tikz @@ -0,0 +1,33 @@ +\begin{tikzpicture}[line cap=round,line join=round,>=triangle 45,x=1cm,y=1cm] +\begin{axis}[ +x=5cm,y=1.5cm, +axis lines=middle, +xmin=-1.2, +xmax=1.2, +ymin=-1.4, +ymax=1.4, +ytick={-1,...,1}, +xtick=\empty, +xlabel=$x$, +ylabel=$y$, +] + + +\addplot[domain=0.05:3.8, red, line width=1,samples=5000] {sin(deg(1/(x)))}; +\addplot[domain=-3.8:-0.05, red, line width=1,samples=5000] {sin(deg(1/(x)))}; + +%\draw (-0.32,0.1) node[anchor=north west] {$-\frac{1}{\pi}$}; +%\draw (0.32,0.1) node[anchor=north west] {$\frac{1}{\pi}$}; + \draw[] (axis cs:-0.32, 0.1) -- (axis cs:-0.32, -0.1); + \node () at (axis cs:-0.35,-0.45) {$-\frac{1}{\pi}$}; + + \draw[] (axis cs:0.32, 0.1) -- (axis cs:0.32, -0.1); + \node () at (axis cs:0.33,-0.45) {$\frac{1}{\pi}$}; +%\node[color=red, font=\footnotesize] at (-1,-0.25) {$f(x)=3x^3 - x^2 - 10x$}; +%\node[color=blue, font=\footnotesize] at (axis cs: 1.1,2.2) {$g(x)=- x^2 + 2x$}; + +\end{axis} + + + +\end{tikzpicture} \ No newline at end of file diff --git a/Band2/B2.8.tikz b/Band2/B2.8.tikz new file mode 100644 index 0000000..e0285c7 --- /dev/null +++ b/Band2/B2.8.tikz @@ -0,0 +1,56 @@ +\begin{tikzpicture}[line cap=round,line join=round,x=1cm,y=1cm] +\tikzset{ + every pin/.style={fill=yellow!50!white,rectangle,rounded corners=3pt,font=\tiny}, + small dot/.style={fill=black,circle,scale=0.3},} +\begin{axis}[ +x=2cm,y=2cm, +axis lines=middle, +axis line style = {-latex}, +xmin=-0.5, +xmax=3, +ymin=-0.5, +ymax=2, +ytick=\empty, +xtick=\empty, +xlabel=$x$, +ylabel=$y$, +extra x ticks={1.3}, + extra x tick style={ + tick label style={anchor=north}}, + extra x tick labels={$x_0$}, + extra y ticks={1.14}, + extra y tick style={ + tick label style={anchor=east}}, + extra y tick labels={$\displaystyle \sqrt{x_0}$}, +enlargelimits = true, +] + \draw [thick, dashed] + (axis cs: -0.05,1.14) -- (axis cs: 1.3,1.14); + \draw [thick, dashed] + (axis cs: 1.3,-0.05) -- (axis cs: 1.3,1.14); +\node[label={180:{}},circle,fill,inner sep=1.5] at (axis cs:1.3,1.14) {}; +\node[label={300:{$0$}},circle,fill,inner sep=1.5] at (axis cs:0,0) {}; + % node[pos=0.5, above] {$y=12$}; + % \addplot coordinates { (0,1.14) (1.3,1.14) }; + % \addplot coordinates { (1,4) (2,6) }; + % \draw (axis cs:2,3) -- node[left]{Text} (axis cs:2,6); + +\addplot[domain=0:2, blue, line width=1,samples=5000] {sqrt(x)}; +%\addplot[domain=-3.8:-0.05, red, line width=1,samples=5000] {sin(deg(1/(x)))}; + + +\begin{scriptsize} + \node () at (axis cs:2.2,1.7) {$\displaystyle y=\sqrt{x}\;(x \neq 0)$}; +\end{scriptsize} + +% \draw[] (axis cs:1.3, 0.1) -- (axis cs:1.3, -0.1); +% \node () at (axis cs:1.3,-0.25) {$x_0$}; + +% \draw[] (axis cs:1.14,-0.05) -- (axis cs:1.14, 0.05); +% \node () at (axis cs:0.33,-0.45) {$\frac{1}{\pi}$}; + +\end{axis} + + + +\end{tikzpicture} \ No newline at end of file diff --git a/Band2/B2.9.tex b/Band2/B2.9.tex new file mode 100644 index 0000000..0df0b6c --- /dev/null +++ b/Band2/B2.9.tex @@ -0,0 +1,79 @@ +%!tikz editor 1.0 +\documentclass{article} +\usepackage{tikz} +\usepackage[graphics, active, tightpage]{preview} +\usepackage{circuitikz} +\PreviewEnvironment{tikzpicture} + +%!tikz preamble begin +\usepackage{pgfplots} +%!tikz preamble end + + +%%%%%%%%% +%% convert -density 300 GW001.pdf -quality 100 GW001.png +%%%%%%%%% + +\begin{document} +%!tikz source begin +\begin{tikzpicture} +[line cap=round,line join=round,x=1cm,y=1cm,scale=1] +\tikzset{ + every pin/.style={fill=yellow!50!white,rectangle,rounded corners=3pt,font=\tiny}, + small dot/.style={fill=black,circle,scale=0.3},} +\begin{axis}[ +x=2cm,y=2cm, +axis lines=middle, +axis line style = {-latex}, +xmin=-0.5, +xmax=3, +ymin=-0.1, +ymax=2.5, +ytick=\empty, +xtick=\empty, +xlabel=$x$, +ylabel=$y$, +extra x ticks = {0.75, 1.25,1.75,2.25}, +extra x tick labels= {$x_0$, $x_3$, $x_2$, $x_1$}, +extra y ticks = {0.71232, 1.22314, 1.55962, 1.81093}, +extra y tick labels= {$g_r$, $f(x_3)$, $f(x_2)$, $f(x_1)$} +] + +%\addplot[domain=-2.7:-1.1, blue, line width=1,samples=500] {1/(x^2-1)}; +%\addplot[domain=1.1:2.7, blue, line width=1,samples=500] {1/(x^2-1)}; +\addplot[domain=0.75:2.65, blue, line width=1,samples=500] {1+ln(x)}; + + +\addplot[color=blue, only marks, fill=white] coordinates {(0.75,0.71232)}; + +\draw [dashed, blue] (axis cs: 0.75,-0.05) -- (axis cs: 0.75,0.71232); + +\draw [dashed, blue] (axis cs: -0.05,0.71232) -- (axis cs: 0.75,0.71232); + +\addplot[color=blue, only marks] coordinates {(1.25,1.22314)}; + + +\draw [ blue, thin] (axis cs: 1.25,0) -- (axis cs: 1.25,1.22314); + +\draw [ blue, thin] (axis cs: 0, 1.22314) -- (axis cs: 1.25,1.22314); + +\addplot[color=blue, only marks] coordinates {(1.75,1.55962)}; + +\draw [ blue, thin] (axis cs: 1.75,0) -- (axis cs: 1.75,1.55962); + +\draw [ blue, thin] (axis cs: 0, 1.55962) -- (axis cs: 1.75,1.55962); + +\addplot[color=blue, only marks] coordinates {(2.25,1.81093)}; + + +\draw [ blue, thin] (axis cs: 2.25,0) -- (axis cs: 2.25,1.81093); + +\draw [ blue, thin] (axis cs: 0, 1.81093) -- (axis cs: 2.25,1.81093); + +\end{axis} + + +\end{tikzpicture} +%!tikz source end + +\end{document} \ No newline at end of file diff --git a/Band2/B2.9.tikz b/Band2/B2.9.tikz new file mode 100644 index 0000000..9a34262 --- /dev/null +++ b/Band2/B2.9.tikz @@ -0,0 +1,56 @@ +\begin{tikzpicture} +[line cap=round,line join=round,x=1cm,y=1cm,scale=1] +\tikzset{ + every pin/.style={fill=yellow!50!white,rectangle,rounded corners=3pt,font=\tiny}, + small dot/.style={fill=black,circle,scale=0.3},} +\begin{axis}[ +x=2cm,y=2cm, +axis lines=middle, +axis line style = {-latex}, +xmin=-0.5, +xmax=3, +ymin=-0.1, +ymax=2.5, +ytick=\empty, +xtick=\empty, +xlabel=$x$, +ylabel=$y$, +extra x ticks = {0.75, 1.25,1.75,2.25}, +extra x tick labels= {$x_0$, $x_3$, $x_2$, $x_1$}, +extra y ticks = {0.71232, 1.22314, 1.55962, 1.81093}, +extra y tick labels= {$g_r$, $f(x_3)$, $f(x_2)$, $f(x_1)$} +] + +%\addplot[domain=-2.7:-1.1, blue, line width=1,samples=500] {1/(x^2-1)}; +%\addplot[domain=1.1:2.7, blue, line width=1,samples=500] {1/(x^2-1)}; +\addplot[domain=0.75:2.65, blue, line width=1,samples=500] {1+ln(x)}; + + +\addplot[color=blue, only marks, fill=white] coordinates {(0.75,0.71232)}; + +\draw [dashed, blue] (axis cs: 0.75,-0.05) -- (axis cs: 0.75,0.71232); + +\draw [dashed, blue] (axis cs: 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b/Band2/Band2.pdf new file mode 100644 index 0000000..58afa5c Binary files /dev/null and b/Band2/Band2.pdf differ diff --git a/Band2/Band2.tex b/Band2/Band2.tex new file mode 100644 index 0000000..c5667ed --- /dev/null +++ b/Band2/Band2.tex @@ -0,0 +1,49 @@ +\documentclass[german,9.5pt,final,twoside,titlepage]{scrbook} + + + +\input{Definitions.tex} + + + +\begin{document} + +\maketitle + +\input{Vorwort.tex} + +\tableofcontents + +\part{Differentialrechnung} + +\input{Problemstellung_und_Historisches.tex} + +\input{Grenzwert.tex} + +%\input{Tests.tex} + + + +%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%% + +%%%idx extra erzeugen +% +%Ä\index{Ae@""A} +%Ö\index{Oe@""O} +%Ü\index{Ue@""U} + + +% Index soll Stichwortverzeichnis heissen +\newpage +\renewcommand{\indexname}{Stichwortverzeichnis} + +% Stichwortverzeichnis soll im Inhaltsverzeichnis auftauchen +\addcontentsline{toc}{section}{Stichwortverzeichnis} + +% Stichwortverzeichnis endgueltig anzeigen +\printindex + + + +\end{document} + diff --git a/Band2/Definitions.tex b/Band2/Definitions.tex new file mode 100644 index 0000000..047ed29 --- /dev/null +++ b/Band2/Definitions.tex @@ -0,0 +1,271 @@ +%!TEX root=Band2.tex + +\usepackage[paperheight=240mm,paperwidth=170mm,left=2.1cm,right=1.9cm,top=20mm,bottom=20mm,heightrounded]{geometry} + +\usepackage{babel} +\usepackage[utf8]{inputenc} +\usepackage[T1]{fontenc} + + +\usepackage{tikz} +\usetikzlibrary{arrows.meta,bending,positioning,matrix,fit,arrows,backgrounds} +\usepackage{circuitikz} +\usetikzlibrary{circuits.ee.IEC.relay} +%\usepackage{sanitize-umlaut} + +% fuer Stichwortverzeichnis +\usepackage{makeidx} + +% Stichwortverzeichnis erstellen +\makeindex + + +\usepackage{graphicx} +%\usepackage{fancyhdr} +\usepackage{makecell} + +%\reversemarginpar + +% ref packages +%\usepackage{nameref} +% folowing must be in this order +%\usepackage{varioref} +\usepackage[colorlinks=true,urlcolor=blue,linkcolor=blue]{hyperref} +%\usepackage{cleveref} + +\usepackage[parfill]{parskip} +%\newcommand{\anf}[1]{"`#1"'} + +\newcommand{\anf}[1]{\glqq#1\grqq} + +%\usepackage{showframe} +\usepackage[most]{tcolorbox} +\usepackage{amsmath,amssymb} + + +\usepackage{scrlayer-scrpage} +\pagestyle{scrheadings} + +%https://www.grund-wissen.de/informatik/latex/seitenlayout.html +\automark[section]{chapter} +\clearscrheadfoot +\ohead{\pagemark} +\ihead{\headmark} + +\newcommand{\einrueckungm}[2]{\begin{addmargin}[#1pt]{0pt} + #2\end{addmargin} +} + +\newcommand{\einrueckung}[1]{\begin{addmargin}[45pt]{0pt} + #1\end{addmargin} +} + +%%%%Leerseite +\usepackage{afterpage} +\newcommand\myemptypage{ + \null + \thispagestyle{empty} + \addtocounter{page}{-1} + \newpage +} + +%%%%Zahl linker Rand + +\newcommand{\liRa}[1]{\marginpar[\raggedleft\Huge{\textbf{#1}}]{\textbf{\Huge{#1}}}} + +%%%%Farbbox +\newtcolorbox{mybox}[1][]{% + %enhanced, + %boxed title style={colback=red, sharp corners}, + colframe = orange!20, + colback = orange!20, + % overlay = {\node[text=white, fill=red] at (frame.east) + % {$\clubsuit$};}, + #1} + +%\usepackage{enumitem,calc} +%\SetLabelAlign{myparleft}{\parbox[t]\textwidth{#1\par\mbox{}}} + +\usepackage{calc} +\usepackage{enumitem} % für liste mit Klammern siehe 3.4 +%\setlist[description]{leftmargin=\parindent,labelindent=\parindent}\usepackage{enumitem} +%\setlist[description]{leftmargin=\parindent,labelindent=\parindent} + +\newlength{\mylength} + +\newcommand{\ausrichtung}[1]{ % Befehl zur Berechnung der Wortlänge + \settowidth{\mylength}{#1} % Breite des Wortes berechnen und in Längenvariable speichern + \hspace{\mylength}} % wird die Klammer eine Zeile tiefer gesetzt, dann rutscht das nachfolgende um ? nach rechts + + +%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%% +\usepackage{amsthm} +%\newtheorem{thm}{Theorem}[chapter] +%\newtheorem{defn}[thm]{Definition} +% +%\newtheoremstyle{theorem} +%{10pt} +%{0pt} +%{} +%{} +%{\bfseries} +%{} +%{\newline} +%{} +%\theoremstyle{theorem} + + +%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%% +%1. Beispiel +%\newtheoremstyle{break} +%{\topsep}{\topsep}% +%{\itshape}{}% +%{\bfseries}{}% +%{\newline}{}% +%\theoremstyle{break} +%\newtheorem{theorem}{Theorem} +% +%\begin{document} +% +% \begin{theorem}[Some note] + % \lipsum*[2] + % \end{theorem} +% +%\end{document} + +%2. Beispiel +%\newtheoremstyle{side}{}{}{\advance\leftskip3cm\relax\itshape}{} +%{\bfseries}{}{0pt}{% + % \makebox[0pt][r]{% + % \smash{\parbox[t]{2.5cm}{\raggedright\thmname{#1}% + % \thmnumber{\space #2}\thmnote{\newline (#3)}}}% + % \hspace{.5cm}}} +% +%\theoremstyle{side} +%\newtheorem{theorem}{Theorem}[section] +% +%\theoremstyle{definition} +%\newtheorem{definition}[theorem]{Definition} +% +%\begin{document} +% +% \lipsum[1] +% +% \begin{theorem} + % \lipsum[1] + % \end{theorem} +% +% \begin{theorem}[Euclid] + % \lipsum[2] + % \end{theorem} +% +% \begin{theorem}[Very long name] + % \lipsum[3] + % \end{theorem} +% +% \begin{definition} + % \lipsum[1] + % \end{definition} +% +%\end{document} + + + + +\usepackage{pgfplots} + +%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%% + + +\newtheorem{thb}{Theorem}[chapter] +\newtheorem{bsp}[thb]{Beispiel} + +%https://tex.stackexchange.com/questions/338209/remove-dot-after-theorem-with-amsthm-and-hyperref + +\usepackage{xpatch} +\makeatletter +\AtBeginDocument{\xpatchcmd{\@thm}{\thm@headpunct{.}}{\thm@headpunct{}}{}{}} +\makeatother + +\numberwithin{equation}{chapter} %Numerierung der Formeln mit Kapitelnummer + +%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%Tabellenbreite + +\usepackage{tabulary} + +%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%% + + + + +%%%%%%Neues Enviroment für Defintion +%% https://tex.stackexchange.com/questions/43495/defining-a-custom-environment-with-per-section-numbering + +\newcounter{mydefcount} +\newcounter{mybspcount} +\newcounter{myaufgcount} +\newcounter{mysatzcount} + +\newenvironment{definition}{% define a custom environment +% \bigskip\noindent% create a vertical offset to previous material + \refstepcounter{mydefcount}% increment the environment's counter + \textbf{Definition \themydefcount}: }{} +\numberwithin{mydefcount}{chapter} + + +\newenvironment{satz}{% define a custom environment + % \bigskip\noindent% create a vertical offset to previous material + \refstepcounter{mysatzcount}% increment the environment's counter + \textbf{Satz \themysatzcount}: }{} +\numberwithin{mysatzcount}{chapter} + +%%%%%%Neues Enviroment für Definition Ende + +\newenvironment{beispiel}{% define a custom environment + \bigskip\noindent% create a vertical offset to previous material + \refstepcounter{mybspcount}% increment the environment's counter + \textbf{Beispiel \themybspcount}:}{} +\numberwithin{mybspcount}{chapter} + + +\newenvironment{aufgabe}{% define a custom environment + \bigskip\noindent% create a vertical offset to previous material + \refstepcounter{myaufgcount}% increment the environment's counter + \textbf{* Aufgabe \themyaufgcount}\mbox{} + \vspace*{-\baselineskip} + \newline + +}{\par\bigskip} % create a vertical offset to following material +\numberwithin{myaufgcount}{chapter} + +\title{Differential- und Integralrechnung für Funktionen mit einer Variablen} + +%%%Pfeile +\pgfdeclarelayer{background} +\pgfsetlayers{background,main} +\newcommand{\bglayer}[1]{% + \begin{pgfonlayer}{background} + \begin{scope}[every picture] + #1 + \end{scope} + \end{pgfonlayer} +} +%%%Pfeile + +\everymath{\displaystyle} + +\usepackage[figurewithin=chapter,labelsep=space]{caption} + +%\usepackage[font=small,labelfont=bf,figurewithin=section,labelsep=space]{caption} + +%%%Caption in tabelle auch links +%\usepackage[singlelinecheck=false % <-- important +%]{caption} + +\usepackage{booktabs} +%\usepackage{floatrow} % um die caption nach rechts zu setzen + +%Abbildung nach Bild umbenennen +\renewcaptionname{german}{\figurename}{Bild} + +\newcommand{\hhlline}[3]{\draw (#1-#2-1.south west) -- (#1-#2-#3.south east);} diff --git a/Band2/Grenzwert.tex b/Band2/Grenzwert.tex new file mode 100644 index 0000000..4893492 --- /dev/null +++ b/Band2/Grenzwert.tex @@ -0,0 +1,1089 @@ +%!TEX root=Band2.tex + +\chapter{Grenzwerte} +\section{Grenzwert einer Funktion für $x \rightarrow x_0$} +\subsection{Definition des Grenzwertes einer Funktion für $x \rightarrow x_0$} + +Im folgenden bedeutet "`Funktion"' stets "`reellwertige Funktion einer reellen Variablen"'. + +Als Vorbereitung auf den Grenzwertbegriff für Funktionen behandeln wir das + +\begin{beispiel} + \label{bsp:2.1} + An die Parabel $y=x^2$ werde die Sekante durch den festen Kurvenpunkt $P_0\left(\frac{1}{2}, \frac{1}{4}\right)$ und den variablen Kurvenpunkt $P\left(x, x^2\right)$ gelegt (s. Bild \ref{fig:b2.2.1}). Der Anstieg der Sekante ist eine Funktion $f$ von $x$ : +\end{beispiel} +\begin{align} + f(x)=\frac{x^2-\frac{1}{4}}{x-\frac{1}{2}} \quad\left(x \neq \frac{1}{2}\right) +\end{align} + +\begin{figure}[h] + \begin{minipage}[b]{.4\linewidth} % [b] => Ausrichtung an \caption + \includegraphics[width=\linewidth]{B.2.1} + \caption{}\label{fig:b2.2.1} + \end{minipage} + \hspace{.1\linewidth}% Abstand zwischen Bilder + \begin{minipage}[b]{.4\linewidth} % [b] => Ausrichtung an \caption + \includegraphics[width=\linewidth]{B.2.2} + \caption{}\label{fig:b2.2.2} + \end{minipage} +\end{figure} + + + + + +Auf Grund der Anschauung wird man vermuten, daß bei "`Annäherung"' von $x$ an die Stelle $\frac{1}{2}$ die Sekante in eine gewisse "`Grenzlage"' übergeht, also auch ihr Anstieg (\ref{fig:b2.2.1}) einen gewissen "`Grenzwert"' annimmt. Betrachten wir also die Funktion $f$. An der Stelle $x=\frac{1}{2}$ ist $f$ nicht definiert. Für $x \neq \frac{1}{2}$ gilt + +\begin{align}\label{eq:2.2} + f(x)=\frac{\left(x-\frac{1}{2}\right)\left(x+\frac{1}{2}\right)}{x-\frac{1}{2}}=x+\frac{1}{2} \quad\left(x \neq \frac{1}{2}\right) . +\end{align} + +Die Bildkurve von $f$ ist in Bild \ref{fig:b2.2.2} dargestellt \footnote{In Bild \ref{fig:b2.2.2} soll der kleine Kreis um den Punkt $\left(\frac{1}{2}, 1\right)$ andeuten, daß dieser Punkt nicht zur Bildkurve von $f$ gehört. Analog wird in den folgenden Beispielen verfahren.}. Die Anschauung legt jetzt etwa die folgende Formulierung nahe: „Für $x$ gegen $\frac{1}{2}$ strebt $f(x)$ gegen 1.“ + +Unsere Aufgabe wird es nun sein, einer solchen Formulierung einen von der Anschauung unabhängigen, wohldefinierten Sinn zu geben. + +Soll allgemein das Verhalten einer Funktion $f$ bei „Annäherung“ der unabhängigen Variablen $x$ an eine reelle Zahl $x_0$ untersucht werden, so ist es naheliegend, die Variable $x$ Zahlenfolgen $\left(x_n\right)$ mit folgenden Eigenschaften durchlaufen zu lassen: +\begin{description} + \item[(E 1)]\ $x_n \in D(f)$\footnote{$D(f)$ bezeichnet den Definitionsbereich von $f$.} für alle $n \quad(n=1,2,3, \ldots)$, + \item[(E 2)]$x_n \neq x_0 \quad$ für alle $n$, + \item[(E 3)]$\lim _{n \rightarrow \infty} x_n=x_0$. +\end{description} + +Die Eigenschaft (E2) bedeutet, daß das Verhalten von $f$ an der Stelle $x_0$ selbst nicht in Betracht gezogen wird. Daher braucht $f$ auch nur in einer sog.\textit{ punktierten Umgebung} von $x_0$ definiert zu sein. Das ist, mit einem $c>0$, die Menge aller $x$ mit +$$ + x_0-c-1, x \neq 0) \text { für } x \rightarrow 0 . + \] + + + Für die Folge $\left(x_n\right)$ mit $x_n=\frac{1}{n}$ gilt (vgl. Band 1, Abschnitt 10.7.) + \begin{align} + \lim _{n \rightarrow \infty} f\left(x_n\right)=\mathrm{e} . + \end{align} + + Ohne Beweis \footnote{Beweise zu Teil 1 dieses Buches findet man, wenn nichts anderes gesagt ist, in [5] und [10].} sei mitgeteilt, daß (2.6) sogar für jede Folge $\left(x_n\right)$ mit $x_n>-1, x_n \neq 0$ und $\lim _{n \rightarrow \infty} x_n=0$ gilt. Damit erhält man den für spätere Anwendungen wichtigen Grenzwert + \begin{align} + \lim _{x \rightarrow 0}(1+x)^{\frac{1}{x}}=\mathrm{e} + \end{align} + +\end{beispiel} + + + +\subsection{Die "`$\varepsilon-\delta$-Charakterisierung"' des Grenzwertes} + + +Auf Grund der Anschauung wird man vermuten, daß man die Gleichung \linebreak$\lim _{x \rightarrow x_0} f(x)=g$ auch folgendermaßen interpretieren kann: + +"`Der Abstand zwischen $f(x)$ und $g$ (also $|f(x)-g|$ ) ist beliebig klein, wenn nur der Abstand zwischen $x$ und $x_0$ hinreichend klein, aber von null verschieden ist."' In geeigneter Präzisierung ist das der Inhalt des folgenden Satzes, den wir ohne Beweis angeben. + + +\begin{satz} + Die Funktion $f$ sei (mindestens)\reversemarginpar\marginpar[\textbf{S.2.1}]{\textbf{S.2.1}} \label{satz:2.1} in einer punktierten Umgebung der Stelle $x_0$ definiert. Genau dann gilt $\lim _{x \rightarrow x_0} f(x)=g$, wenn zu jeder (insbesondere jeder beliebig kleinen) Zahl $\varepsilon>0$ eine Zahl $\delta=\delta(\varepsilon)>0$ existiert, so daß gilt + \begin{align} + |f(x)-g|<\varepsilon + \end{align} + + für alle $x$ mit + + \begin{align} + 0<\left|x-x_0\right|<\delta + \end{align} + +\end{satz} + +Eine geometrische Deutung dieses Satzes gibt Bild \ref{fig:b2.2.7}. Mit den dort verwendeten Bezeichnungen bedeutet $\lim _{x \rightarrow x_0} f(x)=g$, daß zu jedem (noch so schmalen) "`E-Streifen"' + +\begin{figure}[h] + \centering + \includegraphics[width=0.5\linewidth]{B.2.7} + \caption{} + \label{fig:b2.2.7} +\end{figure} + +um $y=g$ ein , $\delta$-Streifen" um $x=x_0$ existiert, so daß alle Punkte der Bildkurve von $f$, die in diesem , $\delta$-Streifen“ - außer auf der Mittellinie $x=x_0{ }\footnotemark$ \footnotetext{Man beachte, daß $\left|x-x_0\right|>0$ äquivalent zu $x \neq x_0$ ist.} - liegen, auch dem vorgegebenen , $\varepsilon$-Streifen“" angehören. Dabei ist offenbar $\delta$ im allgemeinen um so kleiner zu wählen, je kleiner $\varepsilon$ vorgegeben ist. Diesen Sachverhalt soll die Schreibweise $\delta=\delta(\varepsilon)$ zum Ausdruck bringen. + +\begin{beispiel}\label{bsp:2.6} + Als Anwendung des Satzes wollen wir zeigen, daß + \begin{align}\label{eq:2.10} + \lim _{x \rightarrow x_0} \sqrt{x}=\sqrt{x_0} \quad\left(x_0>0\right) + \end{align} + + gilt (Bild 2.8). Es sei ein beliebiges $\varepsilon>0$ gegeben. Gemäß (2.8) ist $\left|\sqrt{x}-\sqrt{x_0}\right|$ abzuschätzen. Wir erweitern mit $\sqrt{x}+\sqrt{x_0}$ und erhalten + \begin{align}\label{eq:2.11} + \left|\sqrt{x}-\sqrt{x_0}\right|=\frac{\left|x-x_0\right|}{\sqrt{x}+\sqrt{x_0}} \leqq \frac{1}{\sqrt{x_0}}\left|x-x_0\right|<\varepsilon + \end{align} + + für alle $x \geqq 0$ mit $\left|x-x_0\right|<\sqrt{x_0} \varepsilon$. Daher setzen wir $\delta$ gleich der kleineren der beiden Zahlen $x_0$ und $\sqrt{x_0} \varepsilon$. Für alle $x$ mit $\left|x-x_0\right|<\delta$ gilt dann $x \geqq 0$ (warum?) und (\ref{eq:2.11}). + + + \begin{figure}[h] + \centering + \input{B2.8.tikz} + \caption{} + \label{fig:b2.2.8} + \end{figure} + +\end{beispiel} + + +\section{Einseitige Grenzwerte} + + +Für die Existenz des Grenzwertes $\lim _{x \rightarrow x_0} \sqrt{x}$ ist die Voraussetzung $x_0>0$ wesentlich (s. (\ref{eq:2.10})), denn für $x_0 \leqq 0$ gibt es keine punktierte Umgebung von $x_0$, in der die Funktion $f(x)=\sqrt{x}(x \geqq 0)$ definiert ist. Im Falle $x_0 \leqq 0$ existiert $\lim _{x \rightarrow x_0} \sqrt{x}$ also nicht. Der Stelle $x_0=0$ kann man sich aber immerhin noch "`von rechts nähern"', ohne den Definitionsbereich von $f$ zu verlassen. Diese Überlegung führt zum Begriff der einseitigen Grenzwerte. + +\begin{definition}\label{def:2.2} \reversemarginpar\marginpar[\textbf{D.2.2}]{\textbf{D.2.2}} + + Die Funktion $f$ sei (mindestens) in einem Intervall $\left.\left(x_0, x_0+c\right)\footnotemark\right)$ $(c>0)$\footnotetext{Ein solches Intervall nennt man auch punktierte rechtsseitige Umgebung von $x_0$.} definiert. Eine Zahl $g_{\mathrm{r}}$ heißt rechtsseitiger Grenzwert von $\boldsymbol{f}$ für $\boldsymbol{x}$ gegen $\boldsymbol{x}_0$, in Zeichen + + \[ + \lim _{x \rightarrow x_0+0} f(x)=g_{\mathrm{r}} \quad \text { oder } f(x) \rightarrow g_{\mathrm{r}} \quad \text { für } \quad x \rightarrow x_0+0)\footnotemark, + \]\footnotetext{\label{footnote:1} Statt $\lim _{x \rightarrow 0+0} f(x)=g_r$ (bzw. $f(x) \rightarrow g_r$, für $x \rightarrow 0+0$ ) schreibt man kurz $\lim _{x \rightarrow+0} f(x)=g_r$ (bzw. $f(x) \rightarrow g_r$ für $x \rightarrow+0$ ).} + + wenn für jede Folge $\left(x_n\right)$ mit den Eigenschaften + \begin{description} + \item[(E 1)]$x_n \in D(f)$ für alle $n$, + \item[(E 2*)]$x_n>x_0$ für alle $n$, + \item[(E 3)]$\lim _{n \rightarrow \infty} x_n=x_0$ + \end{description} + + die Folge $\left(f\left(x_n\right)\right)$ gegen $g_{\mathrm{r}}$ konvergiert (s. Bild \ref{fig:b2.2.9}). + + \begin{figure}[h] + \centering + \input{B2.9.tikz} + \caption{} + \label{fig:b2.2.9} + \end{figure} + + Analog definiert man den \textbf{linksseitigen Grenzwert $\boldsymbol{g}_1$ von $\boldsymbol{f}$ für $\boldsymbol{x}$ gegen $\boldsymbol{x}_0$}, in Zeichen + + \[ + \lim _{x \rightarrow x_0-0} f(x)=g_1 \text { oder } f(x) \rightarrow g_1 \text { für } x \rightarrow x_0-0\footnotemark . + \] + + \footnotetext{Vgl. \ref{footnote:1} } + +\end{definition} + +\begin{beispiel} \label{bsp:2.7} + + Es gilt (s. Bild \ref{fig:b2.2.8}) + \begin{align} + \lim _{x \rightarrow+0} \sqrt{x}=0 + \end{align}\label{eq:2.12} + denn für jede Folge $\left(x_n\right)$ mit $x_n>0$ für alle $n$ und $\lim _{n \rightarrow \infty} x_n=0$ ist $\lim _{n \rightarrow \infty} \sqrt{x_n}=0$ (s. Band 1, Abschnitt 10.5.). +\end{beispiel} + +Das folgende Beispiel zeigt, daß der Begriff des einseitigen Grenzwertes auch für Funktionen von Bedeutung ist, die in einer (punktierten) Umgebung von $x_0$ definiert sind. + + +\begin{beispiel} \label{bsp:2.8} + Es soll das Verhalten der Funktion + \[ + f(x)= \begin{cases}\frac{3}{x} & \text { für } 03\end{cases} + \] + + bei "`Annäherung"' an die Stelle $x_0=3$ untersucht werden (s. Bild \ref{fig:b2.2.10}). Ist $\left(x_n\right)$ eine beliebige Folge mit $00, \text { ganz }), + \end{align} + + denn ist $\left(x_n\right)$ irgendeine gegen $+\infty$ oder $-\infty$ bestimmt divergente Folge mit $x_n \neq 0$ für alle $n$, dann ist, wie man zeigen kann, auch die Folge $\left(x_n^k\right)_{n=1,2, \ldots}$ bestimmt divergent und daher die Folge $\left(\frac{1}{x_n^k}\right)_{n=1,2, \ldots}$ eine Nullfolge (s. Bild \ref{fig:b2.2.12} für $k=2$ ). + + \begin{figure}[h] + \centering + \input{B2.12.tikz} + \caption{} + \label{fig:b2.2.12} + \end{figure} + + +\end{beispiel} + + + +\begin{beispiel} \label{bsp:2.10} + Wir wollen die Grenzwertaussage + + \begin{align}\label{eq:2.14} + \lim _{x \rightarrow-\infty} a^x=0 \quad(a>1) + \end{align} + + + beweisen. Es sei also $\left(x_n\right)$ eine beliebige Folge mit $\lim _{n \rightarrow \infty} x_n=-\infty$. Dann gibt es zu jedem $\varepsilon>0$ eine natürliche Zahl $n_0=n_0(\varepsilon)$, so daß gilt + $$ + x_n<\log _a \varepsilon \text { für alle } n \geqq n_0 . + $$ + Da die Funktion $f(x)=a^x(a>1)$ streng monoton wachsend ist, folgt + $$ + \left|a^{x_n}-0\right|=a^{x_n}<\varepsilon \text { für alle } n \geqq n_0 \text {. } + $$ + Folglich ist $\lim _{n \rightarrow \infty} a^{x_n}=0$. Da die Folge $\left(x_n\right)$ beliebig war, ist die Behauptung bewiesen. Ersetzt man $x$ durch $-x$, so geht (\ref{eq:2.14}) über in + \begin{align} + \lim _{x \rightarrow+\infty} a^{-x}=0 \quad(a>1) . + \end{align} + +Ist $x$ eine Variable für die Zeit, dann bedeutet die Existenz von $\lim _{x \rightarrow+\infty} f(x)=g$, daß sich die zeitabhängige Größe $y=f(x)$ mit zunehmender Zeit immer mehr dem stationären (d. h. zeitunabhängigen) Wert $g$ nähert. + +\end{beispiel} + +\begin{beispiel} \label{bsp:2.11} + +Die Geschwindigkeit\footnote{In \textcolor{red}{4.2.2.} werden wir die Geschwindigkeit einer geradlinigen Bewegung exakt definieren.} $v$ eines fallenden Körpers der Masse $m$ ist unter der Annahme eines geschwindigkeitsproportionalen Luftwiderstands (Proportionalitätsfaktor $k>0$ ) durch + +\end{beispiel} + +$$ + v=\left(v_0-\frac{m \mathrm{~g}}{k}\right) \mathrm{e}^{-\frac{k}{m} t}+\frac{m \mathrm{~g}}{k} \quad(t \geqq 0) +$$ +gegeben ( $t$ : Zeit, $v_0$ : Geschwindigkeit zur Zeit $t=0, \mathrm{~g}$ : Erdbeschleunigung). In der Lösung zu Aufgabe \textcolor{red}{2.4} wird gezeigt, daß gilt +\begin{align} + \lim _{t \rightarrow+\infty} v=\frac{m \mathrm{~g}}{k}, +\end{align} + +d.h., nach hinreichend langer Zeit $t$ hat die Geschwindigkeit $v$ nahezu den konstanten Wert $\frac{m \mathrm{~g}}{k}$. In Bild 2.13 haben wir $v$ als Funktion von $t$ für den Fall $v_0<\frac{m \mathrm{~g}}{k}$ dargestellt. + +\section{Bestimmte und unbestimmte Divergenz} +Besitzt eine Funktion $f$ für eine der "`Bewegungen"' + + \begin{figure}[ht] + \centering + \includegraphics[width=0.5\linewidth]{B.2.13} + \caption{} + \label{fig:b2.2.13} + \end{figure} + + +HIERHIERHIERHIERHIER + +\begin{align} +x \rightarrow x_0 ; \quad x \rightarrow x_0+0, x \rightarrow x_0-0 ; \quad x \rightarrow+\infty, x \rightarrow-\infty +\end{align} + +einen Grenzwert, dann heißt sie für diese „Bewegung“ konvergent, andernfalls divergent. Wie für Zahlenfolgen kann man auch für Funktionen zwei Arten der Divergenz unterscheiden. + +\begin{definition}\label{def:2.4} +Die Funktion $f$ heißt bestimmt\marginpar[\textbf{D.2.4}]{\textbf{D.2.4}} divergent gegen $+\infty(\text{bzw.}-\infty)$ für eine der + +\end{definition} + +„Bewegungen“ (2.17) der unabhängigen Variablen $x$, wenn für jede diese „Bewegung“ realisierende Folge $\left.{ }^1\right)\left(x_n\right)$ in $D(f)$ die Folge $\left(f\left(x_n\right)\right)$ bestimmt divergent gegen $+\infty($ bzw. $-\infty)$ ist. + +Ist $f$ für eine der „Bewegungen“ (2.17) weder konvergent noch bestimmt divergent, so heißt $f$ für diese „Bewegung“ unbestimmt divergent. +Ist $f$ bestimmt divergent gegen $+\infty$ für $x \rightarrow x_0$, so schreibt man +$$ + \lim _{x \rightarrow x_0} f(x)=+\infty +$$ +und sagt auch, $f$ habe für $x \rightarrow x_0$ den uneigentlichen Grenzwert $+\infty$. Analoge Schreibund Sprechweisen sind in den anderen Fällen bestimmter Divergenz üblich. + +HIERHIERHIERHIERHIER + + +Beispiel 2.12: Es gilt +$$ + \lim _{x \rightarrow 0} \frac{1}{x^2}=+\infty +$$ +(s. Bild 2.12), denn in Band 1, Beispiel 10.11, wurde gezeigt, daß für jede Folge $\left(x_n\right)$ mit $x_n \neq 0$ für alle $n$ und $\lim _{n \rightarrow \infty} x_n=0$ die Folge $\left(\frac{1}{x_n^2}\right)$ bestimmt divergent gegen $+\infty$ ist. +Beispiel 2.13: Es soll die Grenzwertaussage +$$ + \lim _{x \rightarrow+0} \ln x=-\infty +$$ +bewiesen werden. Es sei $\left(x_n\right)$ eine Nullfolge mit $x_n>0$ für alle $n$. Zu jeder (insbeson\footnote{Man sagt z. B., die Folge $\left(x_n\right)$ realisiere die "Bewegung“ $x \rightarrow x_0+0$, wenn $x_n>x_0$ für alle $n$ und $\lim _{n \rightarrow \infty} x_n=x_0$ gilt.} + + +%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%% + + + +dere beliebig großen) Zahl $K>0$ existiert dann eine natürliche Zahl $n_0=n_0(K)$, so daß gilt also +$$ + \begin{array}{ll} + x_n=\left|x_n-0\right|<\mathrm{e}^{-K} & \text { für alle } n \geqq n_0, \\ + \ln x_n<-K & \text { für alle } n \geqq n_0 . + \end{array} +$$ +Daraus folgt $\lim _{n \rightarrow \infty} \ln x_n=-\infty$, und die Behauptung ist bewiesen. +Beispiel 2.14: Die Funktion $f(x)=\sin x$ ist für $x \rightarrow+\infty$ unbestimmt divergent. Zum Beweis dieser Behauptung betrachten wir die Folge $\left(x_n\right)$ mit $x_n=n \pi-\frac{\pi}{2}(n=1$, $2, \ldots)$ : Offenbar gilt $\lim _{n \rightarrow \infty} x_n=+\infty$, aber wegen $f\left(x_n\right)=(-1)^{n+1}$ ist die Folge $\left(f\left(x_n\right)\right)$ unbestimmt divergent. Ganz entsprechend hatten wir bereits in Beispiel 2.4 gezeigt, daß die Funktion $f(x)=\sin \frac{1}{x}(x \neq 0$ ) für $x \rightarrow 0$ unbestimmt divergent ist. + + 2.5. Grenzwertsätze + In diesem Abschnitt werden einige Regeln für das Rechnen mit Grenzwerten von Funktionen angegeben. Da der Grenzwertbegriff für Funktionen auf den Grenzwertbegriff für Zahlenfolgen zurückgeführt wurde, kann man diese Regeln leicht aus den entsprechenden Grenzwertsätzen für Zahlenfolgen ableiten. Wir verzichten auf eine Durchführung der Beweise. + + Bemerkung 2.1: Die folgenden für die ,,Bewegung“ $x \rightarrow x_0$ formulierten Sätze gelten sinngemä $\beta^1$ ) auch für die ,,Bewegungen“ + $$ + x \rightarrow x_0+0, x \rightarrow x_0-0 ; \quad x \rightarrow+\infty, x \rightarrow-\infty . + $$ + Satz 2.3: Die Funktionen $f_1$ und $f_2$ seien für $x \rightarrow x_0$ konvergent mit + S. 2.3 + $$ + \lim _{x \rightarrow x_0} f_1(x)=g_1, \quad \lim _{x \rightarrow x_0} f_2(x)=g_2 . + $$ + + + Dann gilt + $$ + \begin{aligned} + & \lim _{x \rightarrow x_0}\left[f_1(x)+f_2(x)\right]=g_1+g_2, \\ + & \lim _{x \rightarrow x_0}\left[f_1(x)-f_2(x)\right]=g_1-g_2, \\ + & \lim _{x \rightarrow x_0}\left[c f_1(x)\right]=c g_1 \quad(c \text { eine Konstante }), \\ + & \lim _{x \rightarrow x_0}\left[f_1(x) \cdot f_2(x)\right]=g_1 \cdot g_2 . + \end{aligned} + $$ + Ist außerdem $f_2(x) \neq 0$ für alle $x$ einer punktierten Umgebung von $x_0$ und $g_2 \neq 0$, dann gilt auch + $$ + \lim _{x \rightarrow x_0} \frac{f_1(x)}{f_2(x)}=\frac{g_1}{g_2} . + $$ + 1) Wird z. B. statt $x \rightarrow x_0$ die „Bewegung“ $x \rightarrow+\infty$ betrachtet, so ist in den folgenden Sätzen ,,punktierte Umgebung von $x_0$ " durch „Intervall $(a,+\infty)$ " zu ersetzen. Analog ist in den anderen Fällen zu verfahren. + + + Beispiel 2.15: Gesucht ist der Grenzwert + $$ + \lim _{x \rightarrow 2} x(3-\sqrt{x}) + $$ + Wegen $\lim _{x \rightarrow 2} x=2, \lim _{x \rightarrow 2} 3=3, \lim _{x \rightarrow 2} \sqrt{x}=\sqrt{2}(\operatorname{vgl}$. (2.10)) folgt mit (2.21) und (2.19) + $$ + \lim _{x \rightarrow 2} x(3-\sqrt{x})=2(3-\sqrt{2}) . + $$ + Beispiel 2.16: Es soll der Grenzwert + $$ + \lim _{x \rightarrow-\infty} \frac{2 x^2+5 x}{3 x^2-4 x+1} + $$ + berechnet werden. $\mathrm{Da} f_1(x)=2 x^2+5 x$ (und auch $f_2(x)=3 x^2-4 x+1$ ) für $x \rightarrow-\infty$ divergent ist, kann man (2.22) nicht unmittelbar auf (2.23) anwenden. Wir formen daher zunächst um und erhalten dann unter Verwendung von Satz 2.3 und (2.13) + + $$ + \begin{aligned} + \lim _{x \rightarrow-\infty} \frac{2 x^2+5 x}{3 x^2-4 x+1} & =\lim _{x \rightarrow-\infty} \frac{x^2\left(2+\frac{5}{x}\right)}{x^2\left(3-\frac{4}{x}+\frac{1}{x^2}\right)}=\lim _{x \rightarrow-\infty} \frac{2+\frac{5}{x}}{3-\frac{4}{x}+\frac{1}{x^2}} \\ + & =\frac{2+0}{3-0+0}=\frac{2}{3} . + \end{aligned} + $$ + S. 2.4 Satz 2.4: Es sei + $$ + \lim _{x \rightarrow x_0} f(x)=0, + $$ + und für alle $x$ einer punktierten Umgebung von $x_0$ gelte + $$ + f(x)>0 \quad \text { bzw. } f(x)<0 . + $$ + Dann ist + $$ + \lim _{x \rightarrow x_0} \frac{1}{f(x)}=+\infty \quad \text { bzw. } \quad \lim _{x \rightarrow x_0} \frac{1}{f(x)}=-\infty . + $$ + + Beispiel 2.17: Die Abbildung durch einen sphärischen Hohlspiegel der Brennweite $f>0$ wird bei Beschränkung auf Paraxialstrahlen durch die Gleichung + $$ + \frac{1}{a}+\frac{1}{a^{\prime}}=\frac{1}{f} + $$ + beschrieben. Dabei ist $a$ bzw. $a^{\prime}$ die Gegenstands- bzw. Bildweite (s. Bild 2.14). + + Aus dieser Gleichung ergibt sich $a^{\prime}$ als Funktion $\varphi$ von $a$ zu + $$ + \left.a^{\prime}=\varphi(a)=\frac{a \cdot f}{a-f} \quad(a>0, a \neq f)^1\right) . + $$ + Mit Satz 2.3 folgt unmittelbar + $$ + \begin{aligned} + & \lim _{a \rightarrow+0} \varphi(a)=\frac{0}{-f}=0, \\ + & \lim _{a \rightarrow+\infty} \varphi(a)=\lim _{a \rightarrow+\infty} \frac{f}{1-\frac{f}{a}}=\frac{f}{1-0}=f . + \end{aligned} + $$ + Ferner gilt + $$ + \lim _{a \rightarrow f+0} \frac{1}{\varphi(a)}=\lim _{a \rightarrow f+0} \frac{a-f}{a \cdot f}=\frac{0}{f^2}=0 + $$ + + + Ferner gilt + $$ + \lim _{a \rightarrow f+0} \frac{1}{\varphi(a)}=\lim _{a \rightarrow f+0} \frac{a-f}{a \cdot f}=\frac{0}{f^2}=0, + $$ + und für alle $a>f$ ist $\frac{1}{\varphi(a)}>0$. Daraus folgt nach Satz 2.4 unter Beachtung von Bemerkung 2.1 die Aussage $\lim _{a \rightarrow f+0} \varphi(a)=+\infty$. Entsprechend findet man $\lim _{a \rightarrow f-0} \varphi(a)=-\infty$. + In Bild 2.15 ist die Funktion $\varphi$ dargestellt. (Für $a>f$, also $a^{\prime}>0$, erhält man ein reelles Bild; für $00$ für $x \in\left(0, \frac{\pi}{2}\right)$ und der ersten Ungleichung in (2.24) gilt + $$ + 0<\sin x0$ eine Zahl $\delta=\delta(\varepsilon)>0$ existiert, so daß gilt +$$ +\left|f(x)-f\left(x_0\right)\right|<\varepsilon +$$ +für alle $x$ mit $\left|x-x_0\right|<\delta$. + + +Zur Veranschaulichung dieses Satzes ist in Bild 2.7 nur $g$ durch $f\left(x_0\right)$ zu ersetzen. Auf Grund von Satz 3.1 wollen wir den Begriff der Stetigkeit noch an einem Beispiel aus der Physik interpretieren. + +Beispiel 3.3: Die geradlinige Bewegung einer Punktmasse wird durch die Weg-ZeitFunktion $s=s(t)^2$ ) beschrieben. Zur Zeit $t_0$ befindet sich die Punktmasse also am Ort $s\left(t_0\right)$; diesem Ort wird sie noch beliebig nahe sein, wenn man sie nur zu einer Zeit $t$ beobachtet, die hinreichend nahe bei $t_0$ gelegen ist (s. Bild 3.2). Mathematisch bedeutet das: Die Funktion $s=s(t)$ ist an der (beliebigen) Stelle $t_0$ stetig. + +\begin{figure} + \centering + \includegraphics[width=0.7\linewidth]{B.2.18} + \caption{} + \label{fig:b} +\end{figure} + + + +Beispiel 3.4: Unter Verwendung des Satzes 3.1 wollen wir zeigen, daß die Funktion $f(x)=|x|$ an jeder Stelle $x_0$ stetig ist. Es sei ein beliebiges $\varepsilon>0$ gegeben. Dann gilt +$$ +\left|f(x)-f\left(x_0\right)\right|=|| x|-| x_0 \| \leqq\left|x-x_0\right|<\varepsilon +$$ +für alle $x$ mit $\left|x-x_0\right|<\delta$, falls $\delta=\varepsilon$ gesetzt wird. Damit ist zu jedem $\varepsilon>0$ ein geeignetes $\delta>0$ gefunden, also die Behauptung bewiesen, d. h., es gilt +$$ +\lim _{x \rightarrow x_0}|x|=\left|x_0\right| \quad\left(x_0\right. \text { beliebig). } +$$ + +Beispiel $3.5^3$ ): Die Funktion +$$ +f(x)= \begin{cases}0 & \text { für } \quad x=0, \\ \frac{1}{k+1} & \text { für } \quad \frac{1}{k+1}<|x| \leqq \frac{1}{k} \quad(k=1,2, \ldots)\end{cases} +$$ +${ }^1$ ) Die Voraussetzung ,, $x_n \neq x_0$ für alle $n$ " ist jetzt offenbar entbehrlich. +${ }^2$ ) In den Anwendungen bezeichnet man häufig die abhängige Variable und das Funktionssymbol mit demselben Buchstaben (hier $s$ ). +$\left.{ }^3\right)$ Dieses Beispiel ist [10] entnommen. + + +soll auf Stetigkeit an der Stelle $x=0$ untersucht werden. Offenbar gilt +$$ +0 \leqq f(x) \leqq|x| \quad(-1 \leqq x \leqq 1) +$$ + +Wegen $\lim _{x \rightarrow 0} 0=0$ und $\lim _{x \rightarrow 0}|x|=|0|=0$ (letzteres nach (3.4) mit $x_0=0$ ) folgt aus (3.5) nach Satz 2.5 +$$ +\lim _{x \rightarrow 0} f(x)=0 . +$$ + +Da auch $f(0)=0$ gilt, ist $f$ an der Stelle $x=0$ stetig. Das Bild von $f$ besteht aus zur $x$-Achse parallelen Geradenstücken, die für $x \rightarrow 0$ immer kürzer werden und der $x$-Achse immer näher kommen (Bild 3.3). Das Verhalten von $f$ in einer (sehr kleinen) Umgebung von $x=0$ ist anschaulich nur unvollkommen zu erfassen. Dieses Beispiel zeigt also, daß der durch Definition 3.1 exakt festgelegte Begriff der Stetigkeit doch wesentlich über das der Anschauung Zugängliche hinausreicht. + + +\begin{figure} + \centering + \includegraphics[width=0.7\linewidth]{B2.19} + \caption{} + \label{fig:b2} +\end{figure} + + %%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%% + + \newpage +$\left\{\begin{array}{l}x^n: \quad a_n=b_{n-1}, \\ x^{n-1}: a_{n-1}=b_{n-2}-x_0 b_{n-1}, \\ \cdots \cdots \cdots \\ x^1: a_1=b_0-x_0 b_1, \\ x^0: a_0=g\left(x_0\right)-x_0 b_0,\end{array}\right\}$ also $\left\{\begin{array}{l}b_{n-1}=a_n, \\ b_{n-2}=a_{n-1}+x_0 b_{n-1}, \\ \cdots \cdots \cdots \cdots \\ b_0=a_1+x_0 b_1, \\ g\left(x_0\right)=a_0+x_0 b_0 .\end{array}\right\}$ + + + +\begin{tikzpicture}[>=latex] + \useasboundingbox (-5,-4) rectangle (5,4); + \matrix (m) [row sep=1cm,column sep=1cm,matrix of nodes] + { + 3 & 9 & 0 & 2 & 6 & -8 \\ + -1 & \phantom{a} & -3 & 6 & \phantom{a} & \phantom{a} \\ + 2 & \phantom{a} & \phantom{a} & -1 & -2 & \phantom{a} \\ + \phantom{a} & \phantom{a} & \phantom{a} & \phantom{a} & -3 & 6 \\ + \phantom{a} & 3 & -1 & 3 & 1 & -2 \\ + \phantom{a} & $x^2$ & $x$ & T.I & $x$ & T.I \\ + }; + \draw ([xshift=.2cm]m-1-1.north east) -- ([xshift=.2cm]m-6-1.south east); + \draw[dashed] ([yshift=.2cm]m-1-5.north east) -- ([yshift=.2cm]m-6-5.south east); + \draw ([yshift=-.2cm]m-1-1.south west) -- ([yshift=-.2cm]m-1-6.south east); + \draw ([yshift=-.2cm]m-4-1.south west) -- ([yshift=-.2cm]m-4-6.south east); + \node[fit=(m-1-2),draw,circle,inner sep=1pt] (a) {}; + \node[draw,fit=(m-1-3)(m-2-3)] (b) {}; + \node[draw,fit=(m-1-4)(m-3-4)] (c) {}; + \draw[->] (a) --+ (0,-1.1) --+ (-.5,-.6); + \draw[->] (b) --+ (0,-2) --+ (-.5,-1.5); + \draw[->] (c) --+ (0,-3) --+ (-.5,-2.5); +\end{tikzpicture} +\newpage + +\begin{tikzpicture}[>=latex] + \useasboundingbox (-5,0) rectangle (5,4); + \matrix (m) [row sep=6mm,column sep=5mm,matrix of nodes] + {\phantom{a} & $a_n$ & $a_{n-1}$ & $a_{n-2}$ & $\ldots $ & $a_2$ & $a_1$ & $a_0$ \\ + \phantom{a} & \phantom{a} & $x_0 b_{n-1}$ & $x_0 b_{n-2}$ & $\ldots $ & $x_0 b_2$ & $x_0 b_1$ & $x_0 b_0$ \\ + $x_0$ & $b_{n-1}$ & $b_{n-2}$ & $b_{n-3}$ & $\ldots$ & $b_1$ & $b_0$ & $g\left(x_0\right)$ \\ + }; + \draw ([xshift=.2cm]m-1-1.north east) -- ([xshift=.1cm]m-3-1.south east); + \draw ([yshift=-.25cm]m-2-1.south west) -- ([yshift=-.25cm]m-2-8.south east); + + \draw ([yshift=-.25cm]m-3-8.south west) -- + ([yshift=-.25cm]m-3-8.south east); + + \draw ([xshift=-.15cm,yshift=-0.1cm]m-2-8.north west) -- ([xshift=-.05cm,yshift=-0.25cm]m-3-8.south west); + + % \draw ([yshift=-.2cm]m-4-1.south west) -- ([yshift=-.2cm]m-4-6.south east); + % \node[fit=(m-1-2),draw,circle,inner sep=1pt] (a) {}; + % \node[draw,fit=(m-1-3)(m-2-3)] (b) {}; + % \node[draw,fit=(m-1-4)(m-3-4)] (c) {}; + \draw[->] (m-1-2) -- (m-3-2); % - zeile - spalte + \draw[->] (m-3-2) -- (m-2-3); + \draw[->] (m-2-3) -- (m-3-3); + + \draw[->] (m-3-3) -- (m-2-4); + \draw[->] (m-2-4) -- (m-3-4); + + \draw[->] (m-3-3) -- (m-2-4); + \draw[->] (m-2-4) -- (m-3-4); + + %\draw[->] (m-3-3) -- (m-2-4); + \draw[->] (m-2-6) -- (m-3-6); + \draw[->] (m-3-6) -- (m-2-7); + + \draw[->] (m-2-7) -- (m-3-7); + \draw[->] (m-3-7) -- (m-2-8); + + \draw[->] (m-2-8) -- (m-3-8); +\end{tikzpicture} + + + + + +%https://tex.stackexchange.com/questions/15825/how-to-specify-two-level-row-and-column-labels-of-a-matrix-by-braces + + +%https://tex.stackexchange.com/questions/655962/coloring-brackets-in-tikz-matrices +%\begin{tikzpicture} +% \path[every left delimiter/.style={red}] +% (0,0) node[matrix of math nodes,left delimiter=\{] (m1) {1 & 2\\ 3 & 4 \\ 5 & 6\\}; +%% \path[every left delimiter/.style={blue}] +%% (m1)+(1,-1) node[matrix of math nodes,left delimiter=\{] (m2) {3 & 4\\}; +%% \path[every left delimiter/.style={orange}] +%% (m2)+(-.5,-1) node[matrix of math nodes,left delimiter=[] (m3) {5 & 6\\}; +%\end{tikzpicture} + + +%\newpage +%\begin{tikzpicture}[ +% baseline, +% label distance=10pt % added +% ] +% +% +% \matrix [matrix of math nodes,left delimiter=(,right delimiter=),row sep=0.1cm,column sep=0.1cm] (m) { +% 1 & * & * & \dots & * & 0 & \dots & 0 \\ +% 0 & \pm 1 & * & \dots & * & 0 & \dots & 0 \\ +% 0 & 0 &\pm 1 & \dots & * & 0 & \dots & 0 \\ +% \vdots & \vdots & \vdots & \ddots & \vdots & \vdots & \ddots & \vdots\\ +% 0 & 0 & 0 & \dots &\pm 1& 0 & \dots & 0 \\ +% 0 & 0 & 0 & \dots & 0 & * & \dots & * \\ +% \vdots & \vdots & \vdots & \ddots & \vdots & \vdots & \ddots & \vdots\\ +% 0 & 0 & 0 & 0 & 0 & * & \dots & *\\ }; +% +% \draw[dashed] ($0.5*(m-1-5.north east)+0.5*(m-1-6.north west)$) -- ($0.5*(m-8-6.south east)+0.5*(m-8-5.south west)$); +% +% \draw[dashed] ($0.5*(m-5-1.south west)+0.5*(m-6-1.north west)$) -- ($0.5*(m-5-8.south east)+0.5*(m-6-8.north east)$); +% +% \node[ +% fit=(m-1-1)(m-1-5), +% inner xsep=0, +% above delimiter=\{, +% label=above:$k_1$ +% ] {}; +% +% \node[ +% fit=(m-1-6)(m-1-8), +% inner xsep=0, +% above delimiter=\{, +% label=above:$k-k_1$ +% ] {}; +% +% \node[ +% fit=(m-1-8)(m-5-8), +% inner xsep=15pt,inner ysep=0, +% right delimiter=\}, +% label=right:$k_1$ +% ] {}; +% +% \node[ +% fit=(m-6-8)(m-8-8), +% inner xsep=15pt,inner ysep=0, +% right delimiter=\}, +% label=right:$k-k_1$ +% ] {}; +% +%\end{tikzpicture} + + +%\begin{tikzpicture} +% \matrix [column sep={1cm,between origins}] +% { +% \node(a) {123}; & \node (b) {1}; & [1cm]\node {1}; \\ +% \node {12}; & \node {12}; & \node {1}; \\ +% \node {1}; & \node {123}; & \node {1}; \\ +% }; +% \draw [<->,red,thick] (a.center) -- (b.center) node [above,midway] {1cm}; +%\end{tikzpicture} +% +% +% +%\begin{tikzpicture}[ +% node distance=1cm and 0.5cm, +% matrixlabel/.style={text depth=3pt,above}, +% matrixnodes/.style={inner sep=0pt,text width=.5cm,align=center,minimum height=.5cm}] +% +% \matrix (center) +% [matrix of nodes, +% nodes={matrixnodes}]{ +% 5 & 0 & 3 \\ +% 3 & 4 & 5 \\ +% 3 & 1 & 1 \\ +% }; +% \node [matrixlabel] at (center.north) {Center}; +% +% \matrix (right) +% [matrix of nodes, +% nodes={matrixnodes}, +% right=of center] { +% |[red]| {3} & |[red]| 3 & |[red]| 1 \\ +% |[red]| 0 & |[red]| 2 & |[red]| 0 \\ +% |[red]| 1 & |[red]| 3 & |[red]| 4 \\ +% }; +% \node [matrixlabel] at (right.north) {Right}; +% +% \matrix (left) +% [matrix of nodes, +% nodes={matrixnodes}, +% left=of center] { +% 0 & 2 & 0 \\ +% 3 & 7 & 3 \\ +% 1 & 1 & 3 \\ +% }; +% \node [matrixlabel] at (left.north) {Left}; +% +% \matrix (template) +% [matrix of nodes, +% nodes={matrixnodes}, +% above=of left.north west, +% anchor=south west] { +% 2 & 5 & 5 \\ +% 4 & 0 & 7 \\ +% 7 & 5 & 9 \\ +% }; +% \node[matrixlabel] at (template.north) {Template}; +% +% \matrix (search) +% [matrix of nodes, +% nodes={matrixnodes}, +% above=of right.north east, +% anchor=south east] { +% 2 & 7 & |[red]| 5 & |[red]| 8 & |[red]| 6 \\ +% 1 & 7 & |[red]| 4 & |[red]| 2 & |[red]| 7 \\ +% 8 & 4 & |[red]| 6 & |[red]| 8 & |[red]| 5 \\ +% }; +% \node[matrixlabel] at (search.north) {Search Image}; +% +% +% \matrix (sad) +% [matrix of nodes, +% below=of center] { +% 20 & 25 & |[red]| 17 \\ +% }; +% \node[matrixlabel] at (sad.north) {SAD}; +% +% \begin{scope}[on background layer,lightgray] +% \foreach \mat in {template, left, center, right} { +% \foreach \i in {1,2,3} { +% \draw (\mat-\i-1.west) -- (\mat-\i-3.east); +% \draw (\mat-1-\i.north) -- (\mat-3-\i.south); +% } +% } +% +% \foreach \i in {1,2,...,5} +% \draw (search-1-\i.north) -- (search-3-\i.south); +% \foreach \i in {1,2,3} +% \draw (search-\i-1.west) -- (search-\i-5.east); +% \end{scope} +% +% +%\end{tikzpicture} + +%\tracingmacros=2 \tracingcommands=2 +\newpage + + +\input{Horner01.tikz} +\newpage +\input{Horner02.tikz} diff --git a/Band2/Horner01.tikz b/Band2/Horner01.tikz new file mode 100644 index 0000000..6d8fb44 --- /dev/null +++ b/Band2/Horner01.tikz @@ -0,0 +1,203 @@ +%!TEX root=Band2.tex + +%\begin{tikzpicture}[>=latex] +% +%\draw[cyan, densely dotted] (-2,0) grid (12,14); +%\useasboundingbox (-2,0) rectangle (12,14); +% +%%nodes=draw, +%\matrix (m1) [anchor=west,draw,row sep=6mm,column sep=5mm,matrix of nodes,column 6/.style={anchor=base west}, left delimiter=\{ ] at (1, 12) +%{ +%\phantom{a} & $3$ & $0$\footnotemark & $1$ & $-5 $ & $2$ \\ +%\phantom{a} & \phantom{a} & $6$ & $12$ & $26$ & $42$\\ +%$2$ & $3$ & $6$ & $13$ & $21$ & $44=g(2)$\\ +%}; +% +%\matrix (m2) [anchor=west,draw,row sep=6mm,column sep=5mm,matrix of nodes,column 5/.style={anchor=base west}, left delimiter=\{ ] at (1, 9) +% { +%\phantom{a} & \phantom{a} & $6$ & $24$ & $74$\\ +% $2$ & $3$ & $12$ & $37$ & $95=g'(2)$ \\ +%}; +% +%\matrix (m3) [anchor= west,draw,row sep=6mm,column sep=5mm,matrix of nodes,column 4/.style={anchor=base west} , left delimiter=\{] at (1, 6.5) +%{ +%\phantom{a} & \phantom{a} & $6$ & $36$\\ +% $2$ & $3$ & $18$ & $73=\frac{g''(2)}{2!}$ \phantom{a}\\ +%}; +% +%\matrix (m4) [anchor= west,draw,row sep=6mm,column sep=5mm,matrix of nodes,column 3/.style={anchor=base west} , left delimiter=\{] at (1, 4) +%{ +%\phantom{a} & \phantom{a} & $6$\\ +% $2$ & $3$ & $24=\frac{g'''(2)}{3!}$ \phantom{a}\\ +%}; +% +%\matrix (m5) [anchor= west,draw,row sep=6mm,column sep=5mm,matrix of nodes,column 4/.style={anchor=base west} , left delimiter=\{] at (1, 2) +%{ +%\phantom{a} &$3=\frac{g^{4}(2)} {4!}$ \\ +%}; +% +%\draw ([xshift=.1cm]m1-1-1.north east) -- ([xshift=.1cm,yshift=-0.3cm]m5-1-1.south east); +% +%\draw ([yshift=-.25cm]m1-2-1.south west) -- ([yshift=-.25cm,xshift=1.2cm]m1-2-6.south east); +% +%\draw ([yshift=-.25cm]m2-1-1.south west) -- ([yshift=-.25cm,xshift=1.3cm]m2-1-5.south east); +% +%\draw ([yshift=-.25cm]m3-1-1.south west) -- ([yshift=-.25cm,xshift=16mm]m3-1-4.south east); +% +%\draw ([yshift=-.25cm]m4-1-1.south west) -- ([yshift=-.25cm,xshift=18mm]m4-1-3.south east); +% +%%\draw ([yshift=-.25cm]m5-1-1.south west) -- ([yshift=-.25cm,xshift=3mm]m5-1-2.south east); +%%\draw ([yshift=2mm]m1-3-6.north west) -- ([yshift=-1mm]m1-3-6.south west); +% +% %\draw ([yshift=-.25cm]m1-2-6.south west) -- ([yshift=-.25cm,xshift=4mm]m1-2-6.south east); +% +%% \draw ([yshift=-.15cm]m1-3-6.south west) -- ([yshift=-.15cm]m1-3-6.south east); +% +% +%\node[circle,draw] (del-left-1) at ($0.5*(m1-3-1.south west)+0.5*(m1-1-1.north west)$){}; +%\node[circle,draw] (del-left-2) at ($0.5*(m2-2-1.south west)+0.5*(m2-1-1.north west)$){}; +%\node[circle,draw] (del-left-3) at ($0.5*(m3-2-1.south west)+0.5*(m3-1-1.north west)$){}; +%\node[circle,draw] (del-left-4) at ($0.5*(m4-2-1.south west)+0.5*(m4-1-1.north west)$){}; +%\node[circle,draw] (del-left-5) at ($0.5*(m5-1-1.south west)+0.5*(m5-1-1.north west)$){}; +%\node[left=10pt] at (del-left-1.west) {1. Schritt}; +%\node[left=10pt] at (del-left-2.west) {2. Schritt}; +%\node[left=10pt] at (del-left-3.west) {3. Schritt}; +%\node[left=10pt] at (del-left-4.west) {4. Schritt}; +%\node[left=10pt] at (del-left-5.west) {5. Schritt}; +% +%%\draw ($(m1-2-5.north east)!0.5!(m1-2-5.north west)$) -- ($(m1-2-5.south east)!0.5!(m2-2-2.south west)$); +%%\draw($(m1-2-5.north east)!50!(m1-2-6.north west)$)--($(m1-3-5.south east)!50!(m1-3-6.south west)$); +%%\draw([yshift=3mm]m1-3-6.north west)--(m1-3-6.south west); +% +%\hhlline{m5}{1}{2}; +% +%% \node[rectangle,draw] (del-left-2) at ($(m2-2-1)-(m2-1-1)$) {\tikz{\path (m2-2-2.north east) rectangle (m2-2-1.south west);}}; +% +% +% +% %\mymatrixbracetop{2}{6}{$E'$} +% +%%\node[font=\color{red}] at (m2.center){X}; +% +%%\foreach \xy in {$1*(m2-1-1)$, $1*(m2-2-1)$}{ +%% \node at (\xy) {\xy}; +%%} +% +%\end{tikzpicture} \footnotetext{Man beachte, ...} + +\begin{tikzpicture}[>=latex] + +%\draw[cyan, densely dotted] (-2,0) grid (8.5,9.5); +\useasboundingbox (-2,0) rectangle (8.5,9.5); + +%nodes=draw, +\matrix (m1) [anchor=west,row sep=2mm,column sep=5mm,matrix of math nodes,column 6/.style={anchor=base west}, left delimiter=\{ ] at (1, 8.4) +{ + \phantom{a} & 3 & 0\footnotemark & 1 & -5 & 2 \\ + \phantom{a} & \phantom{a} & 6 & 12 & 26 & 42\\ + 2 & 3 & 6 & 13 & 21 & 44=g(2)\\ +}; + +\matrix (m2) [anchor=west,row sep=2mm,column sep=5mm,matrix of math nodes, column 5/.style={anchor=base west}, left delimiter=\{ ] at (1, 6.4) +{ + \phantom{a} & \phantom{a} & 6 & 24 & 74\\ + 2 & 3 & 12 & 37 & 95=g'(2) \\ +}; + +\matrix (m3) [anchor=west,row sep=2mm,column sep=5mm,matrix of math nodes,column 4/.style={anchor=base west}, left delimiter=\{ ] at (1, 4.5) +{ + \phantom{a} & \phantom{a} & 6 & 36\\ + 2 & 3 & 18 & 73=\frac{g''(2)}{2!} \\ +}; + +\matrix (m4) [anchor=west,row sep=2mm,column sep=5mm,matrix of math nodes,column 3/.style={anchor=base west}, left delimiter=\{ ] at (1, 2.4) +{ + \phantom{a} & \phantom{a} & 6\\ + 2 & 3 & 24=\frac{g'''(2)}{3!} \\ +}; + +\matrix (m5) [anchor=west,row sep=2mm,column sep=5mm,matrix of math nodes,column 2/.style={anchor=base west}, left delimiter=\{ ] at (1, 0.7) +{ + \phantom{a} & 3=\frac{g^{(4)}(2)}{4!} \\ +}; + +\node[circle] (del-left-1) at ($0.5*(m1-3-1.south west)+0.5*(m1-1-1.north west)$){}; +\node[left=10pt] at (del-left-1.west) {1. Schritt}; + + %\draw ($(m1-2-5.north east)!0.5!(m1-2-5.north west)$) -- ($(m1-2-5.south east)!0.5!(m2-2-2.south west)$); + %\draw($(m1-2-5.north east)!50!(m1-2-6.north west)$)--($(m1-3-5.south east)!50!(m1-3-6.south west)$); + %\draw([yshift=3mm]m1-3-6.north west)--(m1-3-6.south west); +%\draw ([yshift=-3mm]m1-2-1.south west) -- ([yshift=-3mm,xshift=10mm]m1-2-6.south east); + +\draw ($0.5*(m1-2-1.south west)+0.5*(m1-3-1.north west)$) -- ([xshift=5mm]$0.5*(m1-2-6.south east)+0.5*(m1-3-6.north east)$); + +\draw ([yshift=1mm]m1-3-6.north west) -- (m1-3-6.south west); +\draw (m1-3-6.south west) -- (m1-3-6.south east); + +\draw ($0.5*(m2-1-1.south west)+0.5*(m2-2-1.north west)$) -- ([xshift=5mm]$0.5*(m2-1-5.south east)+0.5*(m2-2-5.north east)$); + +%Ende Zeile 2 +%vert +\draw ([yshift=1mm]m2-2-5.north west) -- (m2-2-5.south west); +%horiz +\draw (m2-2-5.south west) -- (m2-2-5.south east); + + +%Trennlinie +\draw ([yshift=1.5mm]$0.5*(m3-1-1.south west)+0.5*(m3-2-1.north west)$) -- ([xshift=5mm]$0.5*(m3-1-4.south east)+0.5*(m3-2-4.north east)$); +\node[circle] (del-left-2) at ($0.5*(m2-2-1.south west)+0.5*(m2-1-1.north west)$){}; +\node[left=10pt] at (del-left-2.west) {2. Schritt}; + +\node[circle] (del-left-3) at ([yshift=-1mm]$0.5*(m3-1-1.south west)+0.5*(m3-2-1.north west)$){}; +\node[left=10pt] at (del-left-3.west) {3. Schritt}; + +\draw ([yshift=1mm]m3-2-4.north west) -- (m3-2-4.south west); +\draw (m3-2-4.south west) -- (m3-2-4.south east); + +%\draw ([yshift=-3mm,thick]m2-1-1.south west) -- ([yshift=-3mm,xshift=10mm]m2-1-5.south east); + +\draw ([yshift=1.5mm]$0.5*(m4-1-1.south west)+0.5*(m4-2-1.north west)$) -- ([xshift=5mm]$0.5*(m4-1-3.south east)+0.5*(m4-2-3.north east)$); + +\draw ([yshift=1mm]m4-2-3.north west) -- (m4-2-3.south west); +\draw (m4-2-3.south west) -- (m4-2-3.south east); + + +\node[circle] (del-left-4) at ([yshift=-1mm]$0.5*(m4-1-1.south west)+0.5*(m4-2-1.north west)$){}; +\node[left=10pt] at (del-left-4.west) {4. Schritt}; + +\draw ($0.5*(m1-2-1.south west)+0.5*(m1-3-1.north west)$) -- ([xshift=5mm]$0.5*(m1-2-6.south east)+0.5*(m1-3-6.north east)$); + +\draw ([yshift=1mm]m1-3-6.north west) -- (m1-3-6.south west); +\draw (m1-3-6.south west) -- (m1-3-6.south east); + +\draw ($0.5*(m2-1-1.south west)+0.5*(m2-2-1.north west)$) -- ([xshift=5mm]$0.5*(m2-1-5.south east)+0.5*(m2-2-5.north east)$); + + +\draw ([yshift=1mm]m3-2-4.north west) -- (m3-2-4.south west); +\draw (m3-2-4.south west) -- (m3-2-4.south east); + +%\draw ([yshift=-3mm,thick]m2-1-1.south west) -- ([yshift=-3mm,xshift=10mm]m2-1-5.south east); + +\node[circle] (del-left-5) at ([yshift=1mm]$0.5*(m5-1-1.south west)+0.5*(m5-1-1.north west)$){}; +\node[left=10pt] at (del-left-5.west) {5. Schritt}; + + +\draw (m5-1-2.north west) -- (m5-1-2.south west); +\draw (m5-1-2.south west) -- (m5-1-2.south east); + + +\draw ([yshift=5.5mm]m5-1-1.north west)-- ([yshift=1mm]m5-1-2.north east); + +\draw(m1-1-1.north east)--([yshift=-2mm]m5-1-1.south east); + + %\mymatrixbracetop{2}{6}{$E'$} + + %\node[font=\color{red}] at (m2.center){X}; + + %\foreach \xy in {$1*(m2-1-1)$, $1*(m2-2-1)$}{ + % \node at (\xy) {\xy}; + %} + +\end{tikzpicture} \footnotetext{Man beachte, ...} + +\newpage diff --git a/Band2/Horner02.tikz b/Band2/Horner02.tikz new file mode 100644 index 0000000..844fe43 --- /dev/null +++ b/Band2/Horner02.tikz @@ -0,0 +1,56 @@ +%!TEX root=Band2.tex +\begin{tikzpicture}[>=latex] + +%\draw[cyan, densely dotted] (-2,0) grid (12,14); +\useasboundingbox (-2,0) rectangle (12,14); + +%nodes=draw, +\matrix (m1) [anchor=west,row sep=2mm,column sep=5mm,matrix of math nodes,column 7/.style={anchor=base west}] at (1, 12) + { + \phantom{a} & 1 & 3 & 5 & 7 & 6 & 2 \\ + \phantom{a} & \phantom{a} & -1 & -2 & -3 & -4 & -2\\ + -1 & 1 & 2 & 3 & 4 & 2 & 0=g(-1)\\ + }; + +\matrix (m2) [anchor=west,row sep=2mm,column sep=5mm,matrix of math nodes, column 6/.style={anchor=base west}] at (1, 10) + { + \phantom{a} & \phantom{a} & -1 & -1 & -2 & -2\\ + -1 & 1 & 1 & 2 & 2 & 0=g'(-1) \\ + }; + +\matrix (m3) [anchor=west,row sep=2mm,column sep=5mm,matrix of math nodes,column 5/.style={anchor=base west}] at (1, 8.1) +{ + \phantom{a} & \phantom{a} & -1 & 0 & -2\\ + -1 & 1 & 0 & 2 & 0=\frac{g''(-1)}{2!} \\ +}; + +\matrix (m4) [anchor=west,row sep=2mm,column sep=5mm,matrix of math nodes,column 4/.style={anchor=base west}] at (1, 6) +{ + \phantom{a} & \phantom{a} & -1 & 1\\ + -1 & 1 & -1 & 3=\frac{g'''(-1)}{3!} \neq 0 \\ +}; + + +\draw ($0.5*(m1-2-1.south west)+0.5*(m1-3-1.north west)$) -- ([xshift=5mm]$0.5*(m1-2-7.south east)+0.5*(m1-3-7.north east)$); + +\draw ([yshift=1mm]m1-3-7.north west) -- (m1-3-7.south west); +\draw (m1-3-7.south west) -- (m1-3-7.south east); + +\draw ($0.5*(m2-1-1.south west)+0.5*(m2-2-1.north west)$) -- ([xshift=5mm]$0.5*(m2-1-6.south east)+0.5*(m2-2-6.north east)$); + +\draw ([yshift=1mm]m2-2-6.north west) -- (m2-2-6.south west); +\draw (m2-2-6.south west) -- (m2-2-6.south east); + +\draw ([yshift=1.5mm]$0.5*(m3-1-1.south west)+0.5*(m3-2-1.north west)$) -- ([xshift=5mm]$0.5*(m3-1-5.south east)+0.5*(m3-2-5.north east)$); + +\draw ([yshift=1mm]m3-2-5.north west) -- (m3-2-5.south west); +\draw (m3-2-5.south west) -- (m3-2-5.south east); + +\draw ([yshift=1.5mm]$0.5*(m4-1-1.south west)+0.5*(m4-2-1.north west)$) -- ([xshift=12mm]$0.5*(m4-1-4.south east)+0.5*(m4-2-4.north east)$); + +\draw ([yshift=1mm]m4-2-4.north west) -- (m4-2-4.south west); +\draw (m4-2-4.south west) -- (m4-2-4.south east); + +\draw([xshift=2mm]m1-1-1.north east)--([xshift=2mm,yshift=-2mm]m4-2-1.south east); + +\end{tikzpicture} diff --git a/Band2/Problemstellung_und_Historisches.tex b/Band2/Problemstellung_und_Historisches.tex new file mode 100644 index 0000000..35dddfd --- /dev/null +++ b/Band2/Problemstellung_und_Historisches.tex @@ -0,0 +1,11 @@ +\chapter{Problemstellung und Historisches} + +Zur mathematischen Beschreibung von Naturvorgängen, aber auch von technischen und ökonomischen Prozessen ist die Differentialrechnung ein unentbehrliches Hilfsmittel. Es ist daher nicht verwunderlich, daß gerade von Naturforschern entscheidende Anstöße zu ihrer Entwicklung ausgingen. Wichtige Vorarbeiten wurden im 16. und 17. Jahrhundert geleistet. Die eigentlichen Urheber dieser Disziplin sind aber Isaac Newton (1643-1727) und Gottfried Wilhelm Leibniz (1646-1716), die die Differential- (und Integral-) Rechnung etwa gleichzeitig und voneinander unabhängig zu einem Kalkül entwickelten. Newton schuf seine ,,Fluxionsrechnung“ bei der Ableitung des Gravitationsgesetzes aus den Keplerschen Gesetzen der Planetenbewegung. Leibniz, der auch das Symbol $\frac{\mathrm{d} y}{\mathrm{~d} x}$ einführte, ging von dem Problem aus, an eine Kurve in einem vorgegebenen Kurvenpunkt die Tangente zu legen (,,Tangentenproblem“). Die Arbeiten dieser genialen Forscher lösten eine außerordentlich rasche Entwicklung der Mathematik aus, die ihrerseits in hohem Maße befruchtend auf andere Wissenschaften wirkte. Entscheidenden Anteil an dieser Entwicklung hatten die Brüder Jakob und Johann Bernoulli (1654-1705 bzw. 1667-1748), auf deren Vorlesungen auch das erste, 1696 erschienene Lehrbuch der Differential- und Integralrechnung des Marquis de l'Hospital (1661-1704) basiert. + +Wie wir noch sehen werden, beruht die Differentialrechnung, ebenso wie die Integralrechnung, auf dem Begriff des \textit{Grenzwertes}. Zeitlich ging jedoch die kalkülmäßige Entwicklung der Differential- und Integralrechnung der strengen Begriffsdefinition voran. Daraus entstanden immer häufiger Schwierigkeiten und Unstimmigkeiten, die sich zunächst nicht überwinden ließen. Schließlich führte Jean le Rond d'Alembert (1717-1783) den Grenzwertbegriff in die Mathematik ein. Doch erst Bernard Bolzano (1781-1848) und Augustin Louis Cauchy (1789-1857) wendeten diesen Begriff konsequent an und stellten damit die Infinitesimalrechnung (zu der man neben der Differential- und Integralrechnung auch die Theorie der unendlichen Reihen zählt) auf ein solides Fundament. + +Vor einem Aufbau der Differentialrechnung ist also der Grenzwertbegriff für Funktionen zu behandeln. Zwangsläufig wird man damit zum Begriff der \textit{Stetigkeit} geführt. Die eigentliche Differentialrechnung beginnt mit der Definition der \textit{Ableitung} einer Funktion. + +Alle drei Begriffe werden zur exakten Beschreibung bestimmter Sachverhalte in den unterschiedlichsten Gebieten herangezogen. So kann man mit dem Grenzwertbegriff z. B. das Verhalten einer zeitabhängigen Größe, ,, nach sehr langer Zeit " charakterisieren, mit dem Begriff der Stetigkeit bzw. Unstetigkeit den ,,kontinuierlichen“ bzw. ,,sprunghaften“ Ablauf eines Vorgangs erfassen und mit der Ableitung die ,,Änderungsgeschwindigkeit" eines Prożesses beschreiben. + +Die mathematischen Möglichkeiten reichen jedoch über die unmittelbare Anwendbarkeit dieser Begriffe weit hinaus. So werden wir unter Verwendung der Differentialrechnung u. a. Näherungsformeln für (nichtrationale) Funktionen herleiten, Methoden zur Ermittlung von Extremwerten angeben und Verfahren zur numerischen Lösung von Gleichungen behandeln. Dem „Praktiker" werden damit Hilfsmittel zur Verfügung gestellt, auf die er fortlaufend zurückgreifen muß. \ No newline at end of file diff --git a/Band2/Tests.tex b/Band2/Tests.tex new file mode 100644 index 0000000..d41e726 --- /dev/null +++ b/Band2/Tests.tex @@ -0,0 +1,60 @@ + + +\begin{tikzpicture}[>=latex] + +\draw[cyan, densely dotted] (-5,-5) grid (5,5); + \useasboundingbox (-5,5) rectangle (5,5); + \matrix (m1) [row sep=6mm,column sep=5mm,matrix of nodes,column 6/.style={anchor=base west}, left delimiter=\{ ] + {\phantom{a} & $3$ & $0$ & $1$ & $-5 $ & $2$ & \phantom{a}\\ + \phantom{a} & \phantom{a} & $6$ & $12$ & $26$ & $42$ & \phantom{a}\\ + $2$ & $3$ & $6$ & $13$ & $21$ & $44=g(2)$\\ +}; + + + \matrix (m2) [below=of m1.south west, anchor= north west,yshift=6mm, row sep=6mm,column sep=5mm,matrix of nodes,column 5/.style={anchor=base west} , left delimiter=\{] + { + + \phantom{a} & \phantom{a} & $6$ & $24$ & $74$ & \phantom{a}\\ + $2$ & $3$ & $12$ & $37$ & $95=g'(2)$ \phantom{a}\\ +}; + + \matrix (m3) [below=of m2.south west, anchor= north west,yshift=6mm, row sep=6mm,column sep=5mm,matrix of nodes,column 4/.style={anchor=base west} , left delimiter=\{] + { +\phantom{a} & \phantom{a} & $6$ & $36$ & \phantom{a}\\ + $2$ & $3$ & $18$ & $73=g''(2)$ \phantom{a}\\ +}; + + + \draw ([xshift=.1cm]m1-1-1.north east) -- ([xshift=.1cm]m2-2-1.south east); + + \draw ([yshift=-.25cm]m1-2-1.south west) -- ([yshift=-.25cm,xshift=1cm]m1-2-6.south east); + + \draw ([yshift=2mm]m1-3-6.north west) -- ([yshift=-1mm]m1-3-6.south west); + + %\draw ([yshift=-.25cm]m1-2-6.south west) -- ([yshift=-.25cm,xshift=4mm]m1-2-6.south east); + + \draw ([yshift=-.15cm]m1-3-6.south west) -- + ([yshift=-.15cm]m1-3-6.south east); + + + \node[circle] (del-left-1) at ($0.5*(m1-3-1.south west)+0.5*(m1-1-1.north west)$){}; +% \node[draw,rectangle,left delimiter=\{] (del-left-1) at (m1-2-1) {\tikz{\path (m1-1-1.north east) rectangle (m1-3-1.south west);}}; + \node[left=10pt] at (del-left-1.west) {1. Schritt}; + +%\draw ($(m2-1-1.north east)!0.5!(m2-1-2.north west)$) -- ($(m2-2-1.south east)!0.5!(m2-2-2.south west)$); + + \node[circle] (del-left-2) at ($0.5*(m2-2-1.south west)+0.5*(m2-1-1.north west)$){}; + +\node[left=10pt] at (del-left-2.west) {2. Schritt}; + +% \node[rectangle,draw] (del-left-2) at ($(m2-2-1)-(m2-1-1)$) {\tikz{\path (m2-2-2.north east) rectangle (m2-2-1.south west);}}; +% \node[left=10pt] at (del-left-2.west) {2. Schritt}; + %\mymatrixbracetop{2}{6}{$E'$} + +%\node[font=\color{red}] at (m2.center){X}; + +%\foreach \xy in {$1*(m2-1-1)$, $1*(m2-2-1)$}{ +% \node at (\xy) {\xy}; +%} + +\end{tikzpicture} diff --git a/Band2/Vorwort.tex b/Band2/Vorwort.tex new file mode 100644 index 0000000..0859e01 --- /dev/null +++ b/Band2/Vorwort.tex @@ -0,0 +1,28 @@ +\chapter*{Vorwort} + +Dem vorliegenden Band 2 dieser Lehrbuchreihe kommt ebenso wie dem Band 1 insofern eine besondere Bedeutung innerhalb des gesamten Lehrwerkes zu, als nahe$\mathrm{zu}$ alle anderen Bände darauf auf bauen. + +Ein Teil der in diesem Buch behandelten Gegenstände ist auch im Lehrplan unserer Oberschulen enthalten. Ein Weglassen des dort bereits Dargebotenen hätte aber zu einer unzusammenhängenden Darstellung des Gebietes geführt; außerdem wäre nicht gewährleistet, daß alle Leser mit den gleichen Voraussetzungen die weiteren Bände studieren können. + +Eine korrekte Anwendung mathematischer Methoden setzt die genaue Kenntnis der zugrunde liegenden Begriffe voraus. Es muß dem Leser daher dringend nahegelegt werden, sich um ein volles Verständnis der eingeführten Begriffe zu bemühen. Anhand von vielen Beispielen wird gezeigt, wie mathematische Begriffe in den Anwendungen zu interpretieren sind. Ein gründliches Studium des Textes und das selbständige Lösen der über 100 Übungsaufgaben sollte den Leser in die Lage versetzen, die spezifische Anwendbarkeit der behandelten Begriffe und Methoden in seinem Fachgebiet selbst zu erkennen. + +Im Interesse einer straffen Darstellung mußte auf eine Reihe von Beweisen verzichtet werden. Alle Aussagen werden aber erläutert und - soweit möglich - geometrisch interpretiert. + +Für wertvolle Hinweise danken wir vor allem dem Herausgeber, Herrn Prof. Dr. O. Greuel (Mittweida), den Gutachtern, Herrn Prof. Dr. W. Dück (Berlin) und Herrn Prof. Dr. H. Goering (Magdeburg), sowie Herrn Prof. Dr. G. Opitz (Dresden). Besonderer Dank gebührt Frau I. Kamenz für das sorgfältige Schreiben des Manuskripts. Dem Verlag sei für die gute Zusammenarbeit herzlich gedankt. + + +Dresden, Januar 1973\hfill E. A. Pforr + +\hfill W. Schirotzek + +\chapter*{Vorwort zur 6. Auflage} +In dieser Auflage wurden gegenüber der vorangegangenen an zwei Stellen inhaltliche Veränderungen größeren Umfangs vorgenommen. Im Hinblick auf den Einsatz von elektronischen Rechnern, insbesondere auch von Taschenrechnern, war die Darstellung der Näherungsverfahren (Abschnitt 7.7.) zu überarbeiten. Der algorithmische Aspekt wurde stärker herausgearbeitet, auf die Formulierung von Algorithmen in einer Programmiersprache jedoch verzichtet. Außerdem wurde der Abschnitt über elliptische Integrale (9.3.5.) erweitert. + +Für die wertvolle Unterstützung bei der Überarbeitung von Abschnitt 7.7. sei Herrn Dr. sc. nat. S. Dietze (Dresden) herzlich gedankt. + +Dresden, Juli 1985\hfill E. A. Pforr + +\hfill W. Schirotzek + + +