Z.O.Z. Radboud Universiteit Nijmegen Tentamen Analyse 1 WP001B 16 juni 2016, 12:30 15:30 (16:30)

Vergelijkbare documenten
(b) Formuleer het verband tussen f en U(P, f), en tussen f en L(P, f). Bewijs de eerste. (c) Geef de definitie van Riemann integreerbaarheid van f.

1. (a) Formuleer het Cauchy criterium voor de convergentie van een reeks

n=0 en ( f(y n ) ) ) n=0 equivalente rijen zijn.

TW2040: Complexe Functietheorie

V.2 Limieten van functies

V.4 Eigenschappen van continue functies

Opgaven Inleiding Analyse

ax + 2 dx con- vergent? n ln(n) ln(ln(n)), n=3 (d) y(x) = e 1 2 x2 e 1 2 t2 +t dt + 2

Tentamen Functies en Reeksen

TW2040: Complexe Functietheorie

Examenvragen Hogere Wiskunde I

Convexe Analyse en Optimalisering

Oefeningen Analyse I

18.I.2010 Wiskundige Analyse I, theorie (= 60% van de punten)

Radboud Universiteit Nijmegen Tentamen Calculus 1 NWI-NP003B 4 januari 2013,

3. Bepaal de convergentie-eigenschappen (absoluut convergent, voorwaardelijk convergent, divergent) van de volgende reeksen: n=1. ( 1) n (n + 1)x 2n.

De Dekpuntstelling van Brouwer

Hints en uitwerkingen huiswerk 2013 Analyse 1 H18

Convexe Analyse en Optimalisering

3 Opgaven bij Hoofdstuk 3

Wanneer zijn alle continue functies uniform continu?

1 Verzamelingen en afbeeldingen

Inleiding Analyse 2009

Opgaven Inleiding Analyse

VI.2 Reeksen met positieve termen

Analyse: van R naar R n hoorcollege

Analyse: Van R naar R n 1. Aanvullingen op Ross. Jan Wiegerinck version 10 januari 2013

Inleiding Analyse. Opgaven. E.P. van den Ban. c Mathematisch Instituut Universiteit Utrecht Voorjaar 2003, herzien

ANALYSEQUIZ Ga naar new.shakeq.com en log in met de code uvaanalyse2a

Ter Leering ende Vermaeck

n 2 + 2n + 4 3n 2 n + 4n n + 2n + 12 n=1

Het uitwendig product van twee vectoren

Examen G0U13 Bewijzen en Redeneren Bachelor 1ste fase Wiskunde. vrijdag 31 januari 2014, 8:30 12:30. Auditorium L.00.07

III.3 Supremum en infimum

is de uitspraak dat als A waar is B ook waar is, A B staat voor A en B zijn equivalent: A B en B A, A staat voor de logische ontkenning van A,

METRISCHE RUIMTEN EN CONTINUE AFBEELDINGEN aanvullend materiaal voor het college Analyse 1 Dr J. Hulshof (R.U.L.)

Examen G0U13 Bewijzen en Redeneren Bachelor of Science Fysica en Wiskunde. vrijdag 3 februari 2012, 8:30 12:30

34 HOOFDSTUK 1. EERSTE ORDE DIFFERENTIAALVERGELIJKINGEN

3 Rijen en reeksen van functies

1. (a) Gegeven z = 2 2i, w = 1 i 3. Bereken z w. (b) Bepaal alle complexe getallen z die voldoen aan z 3 8i = 0.

TW2040: Complexe Functietheorie

Tentamen Grondslagen van de Wiskunde A Met beknopte uitwerking

Hints en uitwerkingen huiswerk 2013 Analyse 1 H17

Bespreking Examen Analyse 1 (Augustus 2007)

PUNTSGEWIJZE EN UNIFORME CONVERGENTIE

4.1 Rijen. Inhoud. Convergentie van een reeks. Reeksen. a k. a k = lim. a k = s. s n = a 1 + a a n = k=1

Hertentamen Topologie, Najaar 2009

Overzicht Fourier-theorie

college 6: limieten en l Hôpital

Examen G0U13 - Bewijzen en Redeneren,

Examen Complexe Analyse (September 2008)

Tentamen Calculus 2 25 januari 2010, 9:00-12:00 uur

Afdeling Kwantitatieve Economie

Uitwerkingen Tentamen Gewone Differentiaalvergelijkingen

opgaven formele structuren tellen Opgave 1. Zij A een oneindige verzameling en B een eindige. Dat wil zeggen (zie pagina 6 van het dictaat): 2 a 2.

Tentamen Topologie, Najaar 2011

== Hertentamen Analyse 1 == Dinsdag 25 maart 2008, u

Niet-standaard analyse (Engelse titel: Non-standard analysis)

Oplossingen Oefeningen Bewijzen en Redeneren

4 Positieve en niet-negatieve lineaire algebra

Vrije Universiteit Faculteit der Economische Wetenschappen en Bedrijfskunde Afdeling Econometrie

Analyse I. 2. Formuleer en bewijs de formule van Taylor voor een functie f : R R. Stel de formules op voor de resttermen van Lagrange en Liouville.

Uitwerkingen analyse op de lijn tweede deel

e x x 2 cos 2 (sin t) cos(t) dt

Technische Universiteit Delft. ANTWOORDEN van Tentamen Gewone differentiaalvergelijkingen, TW2030 Vrijdag 30 januari 2015,

TECHNISCHE UNIVERSITEIT EINDHOVEN. Faculteit Wiskunde en Informatica

Complexe functies 2019

Analyse: van R naar R n

1 Limiet van een rij Het begrip rij Bepaling van een rij Expliciet voorschrift Recursief voorschrift 3

Tentamen Analyse 4 (wi2602) 17 juni 2011, uur. ) (1 gratis)) Deel 2: opgaven 2b, 4ab, 5, 6 (normering: 2 + (

Complexe Analyse - Bespreking Examen Juni 2010

Je mag Zorich deel I en II gebruiken, maar geen ander hulpmiddelen (zoals andere boeken, aantekeningen, rekenmachine etc.)!

Uitwerkingen Tentamen Wat is Wiskunde (WISB101) Donderdag 10 november 2016, 9:00-12:00

TW2040: Complexe Functietheorie

De stelling van Hahn en Mazurkiewicz

Analyse 1 Handout limieten en continuïteit

CALCULUS & ANALYSE. Stefaan Poedts. CmPA, Dept. Wiskunde, KU Leuven

Signalen en Transformaties

Functies van één veranderlijke

Tussentoets Analyse 1

== Uitwerkingen Tentamen Analyse 1, WI1600 == Maandag 10 januari 2011, u

Syllabus Analyse B2. door T. H. Koornwinder. Universiteit van Amsterdam, Faculteit WINS, Vakgroep Wiskunde, cursus 1995/96

Technische Universiteit Delft Uitwerking Tentamen Analyse 3, WI 2601 Maandag 11 januari 2010,

Lebesgues overdekkingslemma en Cantors intersectiestelling voor Atsuji metrische ruimten

Tentamen Voortgezette Kansrekening (WB006C)

Approximatietheorie. De Stelling van Carleman. Mies Versloot. 14 juli Bachelorproject Begeleiding: prof. dr. Jan Wiegerinck

Technische Universiteit Delft Tentamen Calculus TI1106M - Uitwerkingen. 2. Geef berekeningen en beargumenteer je antwoorden.

EERSTE DEELTENTAMEN ANALYSE C

IN2505 II Berekenbaarheidstheorie Tentamen Maandag 2 juli 2007, uur

I.3 Functies. I.3.2 Voorbeeld. De afbeeldingen f: R R, x x 2 en g: R R, x x 2 zijn dus gelijk, ook al zijn ze gegeven door verschillende formules.

Universiteit Leiden, 2015 Wiskundewedstrijdtraining, week 14

FUNCTIONAAL ANALYSE I

Vrije Universiteit Faculteit der Economische Wetenschappen en Bedrijfskunde Afdeling Econometrie

Uitwerkingen toets 12 juni 2010

TECHNISCHE UNIVERSITEIT EINDHOVEN. Faculteit Wiskunde en Informatica

2. Hoelang moet de tweede faze duren om de hoeveelheid zout in de tank op het einde van de eerste faze, op de helft terug te brengen?

Leeswijzer bij het college Functies en Reeksen

Opmerking. TI1300 Redeneren en Logica. Met voorbeelden kun je niks bewijzen. Directe en indirecte bewijzen

Vrije Universiteit Faculteit der Economische Wetenschappen en Bedrijfskunde Afdeling Econometrie

UNIVERSITEIT TWENTE Faculteit Elektrotechniek, Wiskunde en Informatica

Transcriptie:

Radboud Universiteit Nijmegen Tentamen Analyse 1 WP001B 16 juni 016, 1:30 15:30 (16:30) Het gebruik van een rekenmachine, telefoon of tablet is niet toegestaan. U mag geen gebruik maken van aantekeningen of boeken, het boek van Garling ingesloten. Geef precieze argumenten en antwoorden. Maak uw redenering zo helder mogelijk. 1. Zij {a n } n 1 een rij in R. (a) Geef de definities van lim n a n en lim sup n a n (als deze bestaan). (b) Zij S R. Geef de noodzakelijke en voldoende conditie (in termen van ε en N) voor S = lim sup n a n. (c) Bewijs: Als {a n } begrensd is dan is er een deelrij {a nk } die naar lim sup n a n convergeert. (d) Formuleer de Stelling van Bolzano en Weierstrass en laat zien hoe deze uit (c) volgt. (Of schets een ander bewijs.). (a) Geef de definitie van een Cauchy-rij (in R). (b) Bewijs dat elke Cauchy-rij begrensd is. (c) Gebruik (b) en Bolzano-Weierstrass om te bewijzen dat elke Cauchy-rij in R convergeert. 3. Zij I R en f : I R een functie. (a) Definieer continuiteit van f in een punt, continuiteit van f op I, en uniforme continuiteit van f op I. (b) Geef een voorbeeld van een functie R I R die continu is, maar niet uniform continu (met bewijs). (c) Zij f : [a, b] R een continue functie. Gebruik Bolzano-Weierstrass om EEN (je mag kiezen) van de volgende uitspraken te bewijzen: f is begrensd. f is uniform continu. (d) BONUS: Bewijs de andere uitspraak uit (c). Z.O.Z.

Tentamen Analyse 1 WP001B 4. Stel dat a 0,..., a n R voldoen aan Bewijs dat er een c (0, 1) is zodat a 0 + a 1 + a 3 + + a n 1 n + a n n + 1 = 0. a 0 + a 1 c + + a n 1 c n 1 + a n c n = 0. Als je bekende stelling(en) gebruikt, formuleer deze precies. 5. Definieer een functie f : R R door { ( ) exp 1 f(x) = x als x 0 0 als x = 0 (a) Bewijs dat f oneindig keer differentieerbaar is op R. (b) Bewijs dat alle afgeleides f (n) van f nul zijn in x = 0. (c) Wat betekent (b) voor de Taylorreeks van f rond x = 0? Normering Opgave 1 3 4 5 Gratis Totaal Punten 10 8 10 8 9 5 50 Het onafgeronde tentamencijfer T is het totaal aantal behaalde punten gedeeld door 5.

Tentamen Analyse 1 WP001B 3 Uitwerking 1. (a) De rij {a n } convergeert naar A R als voor elk ε > 0 een N N bestaat zodat n N a n A < ε. (Als zo n A bestaat dan is die uniek.) En lim sup n a n = lim n sup{a m m n}. (Gezien de rij n sup{a m m n} dalend is geldt ook lim sup n a n = inf{sup{a m m n} n N}.) (b) Er geldt S = lim sup n a n d.e.s.d.a. (i) voor elk ε > 0 is er een N N zodat n N a n < S + ε, en (ii) voor elk ε > 0 en N N is er een n N zodat n N en a n > S ε. (c) We korten af: S = lim sup n a n. Uit (bi) volgt dat er een m 1 is zodat a m1 < S +1 (en voor alle grotere indices). Uit (bii) volgt dat er een n 1 m 1 is zodat a n1 > S 1. Er geldt dus S 1 < a n 1 < S + 1, ofwel a n1 S < 1. Uit (bi) volgt dat er een m is met a m < S + 1/, waar wij m zo kunnen kiezen dat m > n 1, wat wij ook doen. Met (bii) is er een n m zodat a n > S 1/. Gezien nog steeds geldt a n < S +1/ hebben wij a n S < 1/. Zo doorgaand construeren we n 1 < n < n 3 < met a nk S < 1/k. Nu is {a nk } een deelrij van {a n } die naar S convergeert. (d) De constructie in (c) werkt voor elke begrensde rij {a n }. Dus elke begrensde rij heeft een deelrij die naar lim sup a n convergeert. Dit impliciert duidelijk de stelling van Bolzano en Weierstrass, namelijk: Elke begrensde rij heeft een convergente deelrij.. (a) Een rij {a n } in R heet Cauchy-rij als er voor elk ε > 0 een N N is zodat n, m N a n a m < ε. (b) We kunnen een N N kiezen zodat n N a n a m < 1. Met name n N a n a N < 1. Dus n N a n a N +1. Met C = max( a 1, a,..., a N 1, a N + 1) < volgt a n C voor alle n N, dus de begrensdheid van {a n }. (c) Zij {a n } een Cauchy-rij. Uit (b) volgt dat deze begrensd is. De stelling van Bolzano- Weierstrass impliceert nu dat de rij {a n } een deelrij {a nk } heeft die convergeert, zeg naar A. We beweren dat de hele rij {a n } naar A convergeert. Zij ε > 0. De rij {a n } is Cauchy, er is dus een N zodat n, m N a n a m < ε/. En er is een K N zodat k K a nk A < ε/. Uit n k volgt dat wij een k K kunnen vinden zodat n k N. Als nu n N dan n, k N, dus Dus a n A. a n A a n a nk + a nk A < ε + ε = ε. 3. (a) f is continu in x I als voor elk ε > 0 een δ > 0 bestaat zodat f(x) f(x ) < ε voor elk x I met x x < δ. f is continu op I als f continu is in elk x I. f is uniform continu op I als er voor elk ε > 0 een δ > 0 is zodat f(x) f(x ) < ε voor alle x, x I met x x < δ.

Tentamen Analyse 1 WP001B 4 (b) Als I = (0, 1) dan is f : I R, x 1/x continu, maar niet uniform continu. Bewijs: x x is duidelijk continu. Dan volgt continuiteit van x 1/x op I uit het feit dat x 0 op I. (Stelling in het boek.) Maar f is niet uniform continu: Zij δ (0, 1), en bekijk 0 < x < δ, x = x/. Dan is x x < δ/ < δ. Maar f(x) f(x ) = 1 1 = 1, en dit kan men willekeurig groot maken door met x x x/ x naar nul te gaan. Het is dus niet waar dat we voor elk ε > 0 een δ > 0 kunnen vinden zodat x x < δ f(x) f(x ) < ε. (c)+(d) Bewijs van begrensdheid van f: Stel f is onbegrensd, er is dus geen C > 0 zodat f(x) C voor alle x [a, b]. Dan kunnen wij voor elk n N een x n [a, b] vinden zodat f(x n ) > n. Dit geeft een rij {x n } in [a, b]. Deze heeft dankzij Bolzano- Weierstrass een deelrij {x nk } k N die naar een zeker x 0 [a, b] convergeert. Continuiteit van f impliceert dat de rij {f(x nk )} naar f(x 0 ) convergeert, met name dus begrensd is. Maar dit is duidelijk een tegenspraak met f(x nk ) > n k en n k als k. f moet dus begrensd zijn. Bewijs an uniforme continuiteit: Stel f is niet uniform continu. Er is dus een ε > 0 waarvoor geen δ > 0 bestaat zodat x x < δ f(x) f(x ) < ε. De keuze van zo n ε betekent dat wij voor elk δ > 0 punten x, x [a, b] kunnen vinden met x x < δ, maar f(x) f(x ) ε. In het bijzonder kunnen wij voor elk n N punten x n, y n [a, b] vinden met x n y n < 1/n en f(x n ) f(y n ) ε. De rij {x n } leeft in [a, b], is dus begrensd, en met Bolzano-Weierstrass is er een deelrij {x nk } k N die convergeert, zeg naar x 0 [a, b]. Uit x n y n < 1/n volgt dan dat ook de deelrij {y nk } van {y n } naar x 0 convergeert. f is continu, dus lim k f(x nk ) = f(x 0 ) = lim k f(y nk ). Maar dit betekent dat de rij {f(x nk ) f(y nk )} k naar nul convergeert. Dit is een tegenspraak met de constructie, want f(x n ) f(y n ) ε > 0 voor alle n. Dus: f moet uniform continu zijn. 4. Definieer de functies f(x) = a 0 + a 1 x + + a n x n, g(x) = a 0 x + a 1x + + a nx n+1 n + 1. Het is duidelijk dat g = f. (Hiervoor hebben wij geen integraalrekening nodig, maar alleen de kennis dat (x n ) = nx n 1.) Nu geldt duidelijk g(0) = 0 en g(1) = a 0 + a 1 + + an = 0, wegens de aanname. Het is duidelijk dat f continu is op [0, 1] en n+1 differentieerbaar op (0, 1) (in feite op heel R). We kunnen dus het Lemma van Rolle (of de middenwaardestelling, waarvan Rolle een speciaal geval is) op g en het interval [0, 1] toepassen en concluderen: Er is een c (0, 1) zodat g (c) = 0. Maar dit betekent f(c) = 0, dus a 0 + a 1 c + + a n 1 c n 1 + a n c n = 0, zoals gewenst. 5. (a)+(b) In x 0 is f duidelijk continu, en als x 0 dan 1 x, dus f(x) 0,

Tentamen Analyse 1 WP001B 5 zodat f ook in x = 0 continu is. Voor x 0 geldt ( f (x) = exp 1 ) = x 3 exp ( 1x ), x wat voor x 0 duidelijk bestaat en continu is. Het is duidelijk dat lim x 0 f (x) = 0, want exp( 1/x ) gaat veel harder naar nul dan x 3 divergeert. Aan de andere kant, f (0) = lim h 0 f(x) f(0) h ( ) exp 1 h = lim h 0 h Dus f is continu op heel R met f (0) = 0. (Het is dus niet voldoende om alleen te zeggen dat lim x 0 f (x) bestaat: Deze limiet moet ook gelijk zijn aan f (0).) Verder hebben wij voor x 0 f (x) = ( ( )( 3)x 4 + ( x 3 ) ) exp ( 1x ), wat weer een continue functie is voor x 0. En net als voor f zien we dat f (0) = lim h 0 f (h)/h = 0. Dus f is continu differentieerbaar op R met f (0) = 0. Algemeen zien wij met inductie dat f (n) (x) een product is van exp( 1/x ) met een lineaire combinatie van eindig veel negative machten van x. Dit is voor x 0 een continue functie en lim x 0 f (n) (x) = 0 = (f (n 1) ) (0). Dus f C (R) met f (n) (0) = 0 n = 0, 1,,.... (c) Met (b) zijn de afgeleides van f alle nul in x 0 = 0. De Taylorreeks voor f rond x = 0 is dus 0 + 0 x + 0! x +. De nulreeks is natuurlijk voor alle x R convergent naar de nulfunctie. Maar deze komt alleen voor x = 0 met de gegeven functie overeen. Dus: Zelf als een functie in een punt x 0 oneindig geer differentieerbaar is en de Taylorreeks k f (k) (x x k! 0 ) k convergentiestraal grooter nul heeft hoeft de reeks buiten x = x 0 niets met f te maken te hebben. (Met meer werk kan men ook een oneindig keer differentieerbare functie maken wiens Taylorreeks rond een gegeven punt convergentiestraal nul heeft!) = 0.