diff --git a/notes/notes.tex b/notes/notes.tex index d353535..552fe0d 100644 --- a/notes/notes.tex +++ b/notes/notes.tex @@ -716,13 +716,142 @@ Für diese Aufgabe seien gegeben: \end{beweis} \end{einzug} -Es gibt einen weiteren Ansatz. +Die Idee im vorherigen Ansatz kann man vereinfachen. +Folgende Herangehensweise kommt von Tobias Habacker. +Zunächst benötigen wir eine Einschätzung: + +\begin{prop} +\setblocklabel{prop:0:ex:2.4:raj-analysis-ii-notes} + Sei $\eps > 0$ beliebig. + Dann für alle $0 \leq \alpha \leq \beta < \infty$ + gilt + $% + \sqrt{\beta} - \sqrt{\alpha} + \leq + \max\{ + \eps^{-1}(\beta - \alpha), + \eps + \} + \leq + \eps^{-1}(\beta - \alpha) + \eps + $. +\end{prop} + + \begin{einzug}[\mytab][\mytab] + \begin{beweis} + Falls $\sqrt{\beta} < \eps$, so gilt + $% + \max\{ + \eps^{-1}(\beta - \alpha), + \eps + \} \geq \eps + \geq \sqrt{\beta} + \geq \sqrt{\beta} - \sqrt{\alpha} + $, also gilt die Ungleichung. + Falls $\sqrt{\beta} \geq \eps$, + so gilt + + \begin{maths}[mc]{rcl} + \sqrt{\beta} - \sqrt{\alpha} + &= &\frac{ + \beta - \alpha + }{\sqrt{\beta} + \sqrt{\alpha}}\\ + &\leq + &\frac{ + \beta - \alpha + }{\sqrt{\beta}}\\ + &\leq &\eps^{-1})(\beta - \alpha)\\ + &\leq &\max\{ + \eps^{-1}(\beta - \alpha), + \eps + \}.\\ + \end{maths} + + Darum gilt die erste Ungleichung in allen Fällen. + Die zweite gilt, weil + für alle $r,s\in[0,\infty)$ + entweder + $\max\{r,s\} = r \leq r + s$ + oder + $\max\{r,s\} = s \leq r + s$ + gilt. + \end{beweis} + \end{einzug} + +Dies können wir verwenden, um die Ober- und Untersummen von $\sqrt{w}$ +ohne Modifizierung von $w$ einzuschätzen. + + \begin{einzug}[\mytab][\mytab] + \begin{beweis}[von \Cref{\beweislabel}, Ansatz II] + Sei $\eps > 0$ beliebig. + Für alle Zerlegungen + $Z=(x_{0},x_{1},\ldots,x_{N})$ von $[a,b]$ + beobachte man + unter den Definitionen + ${I_{i} \coloneq [x_{i},x_{i+1}]}$ + und + ${\delta x_{i} \coloneq (x_{i+1}-x_{i})}$: + + \begin{longmaths}[mc]{RCL} + O_{Z}(\sqrt{w}) - U_{Z}(\sqrt{w}) + &= &\displaystyle\sum_{i=0}^{N-1} + \left( + \sqrt{\sup_{x \in I_{i}}w(x)} + -\sqrt{\inf_{x \in I_{i}}w(x)} + \right) + \cdot + \delta x_{i}\\ + &&\text{(analog zu Ansatz I)}\\ + &\leq &\displaystyle\sum_{i=0}^{N-1} + \left( + \eps^{-1} \cdot ( + \sup_{x \in I_{i}}w(x) + -\inf_{x \in I_{i}}w(x) + ) + + \eps + \right) + \cdot + \delta x_{i}\\ + &&\text{wegen \Cref{prop:0:ex:2.4:raj-analysis-ii-notes}}\\ + &= &\eps^{-1} \cdot (O_{Z}(w)-U_{Z}(w)) + + \eps\displaystyle\sum_{i=0}^{N-1}(x_{i+1}-x_{i})\\ + &= &\eps^{-1} \cdot (O_{Z}(w)-U_{Z}(w)) + \eps \cdot (x_{N} - x_{0})\\ + &= &\eps^{-1} \cdot (O_{Z}(w)-U_{Z}(w)) + \eps \cdot (b - a).\\ + \end{longmaths} + + Da dies für alle Zerlegungen, $Z$, von $[a,b]$ gilt + und $w$ Riemann-integrierbar ist, gilt + ${(O_{Z}(w)-U_{Z}(w))_{Z} \longrightarrow 0}$. + Folglich + + \begin{maths}[mc]{rcl} + 0 &\leq &\limsup_{Z}(O_{Z}(\sqrt{w}) - U_{Z}(\sqrt{w}))\\ + &\leq &\limsup_{Z} (\eps^{-1} \cdot (O_{Z}(w)-U_{Z}(w)) + \eps \cdot (b - a))\\ + &= &\eps^{-1} \cdot \limsup_{Z}(O_{Z}(w)-U_{Z}(w)) + \eps \cdot (b - a)\\ + &= &\eps^{-1} \cdot 0 + \eps \cdot (b - a).\\ + \end{maths} + + Da dies für alle $\eps > 0$ gilt, erhält man + + \begin{maths}[mc]{rcccccl} + 0 &\leq &\limsup_{Z}(O_{Z}(\sqrt{w}) - U_{Z}(\sqrt{w})) + &\leq &\inf_{\eps}(\eps \cdot (b - a)) + &= &0.\\ + \end{maths} + + Also $\limsup_{Z}(O_{Z}(\sqrt{w}) - U_{Z}(\sqrt{w})) = 0$. + Also ${(O_{Z}(\sqrt{w}) - U_{Z}(\sqrt{w}))_{Z} \longrightarrow 0}$. + Also ist $\sqrt{w}$ Riemann-integrierbar. + \end{beweis} + \end{einzug} + +Es gibt nun einen dritten Ansatz. Vorerst brauchen wir zwei kleine Resultate: \begin{prop} \setblocklabel{prop:1:ex:2.4:raj-analysis-ii-notes} Sei ${u : [a,b] \to [0,\infty)}$. - Angenommne, $\sqrt{u}$ sei Riemann-integrierbar. + Angenommen, $\sqrt{u}$ sei Riemann-integrierbar. Aus der VL wissen wir, dass dann $u = \sqrt{u}^{2}$ ebenfalls Riemann-integrierbar ist. Des Weiteren gilt ${\displaystyle\int_{a}^{b} \sqrt{u} \dee x \leq (b - a)^{1/2}(\displaystyle\int_{a}^{b} u \dee x)^{1/2}}$. @@ -763,7 +892,7 @@ Vorerst brauchen wir zwei kleine Resultate: \end{einzug} \def\beweislabel{satz:1:ex:2.4:raj-analysis-ii-notes} -Jetzt können wir die Idee hinter dem 2. Ansatz zum Beweis von \Cref{\beweislabel} erklären: +Jetzt können wir die Idee hinter dem 3. Ansatz zum Beweis von \Cref{\beweislabel} erklären: \begin{idea} Wir müssen zeigen, dass @@ -780,7 +909,7 @@ Jetzt können wir die Idee hinter dem 2. Ansatz zum Beweis von \Cref{\beweislabe \end{idea} \begin{einzug}[\mytab][\mytab] - \begin{beweis}[von \Cref{\beweislabel}, Ansatz II] + \begin{beweis}[von \Cref{\beweislabel}, Ansatz III] Sei $Z = (x_{0},x_{1},\ldots,x_{N})$ eine beliebige Zerlegung von $[a,b]$. Setze außerdem ${I_{i} \coloneq [x_{i},x_{i+1}]}$