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Menge aller reeller Folgen, Metrische Raum

Universität / Fachhochschule

Folgen und Reihen

Tags: Folgen und Reihen, Metrik, metrische Raum, vollständigkeit

 
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kimmathe

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16:57 Uhr, 18.04.2024

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Sei X die Menge aller reeller Folgen x=(xn). Für x,yX, definieren wir d(x,y)=1, falls x0 (ungleich) y0 oder x1 (ungleich) y1 und sonst

d(x,y)= 1/("sup"{n in N:xk=yk ,für k=0,...,n}).

a) Zeigen Sie, dass (X,d) ein metrischer Raum ist.
b) Zeigen Sie, dass (X,d) vollständig ist.

Für alle, die mir helfen möchten (automatisch von OnlineMathe generiert):
"Ich möchte die Lösung in Zusammenarbeit mit anderen erstellen."
Online-Nachhilfe in Mathematik
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ledum

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17:16 Uhr, 18.04.2024

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Hallo
welche Axiome musst du denn nachweisen für "metrischer Raum" sieh das erst mal nach, dann frage genauer, wo du nicht weiter kommst.
kimmathe

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17:21 Uhr, 18.04.2024

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Gleich beim ersten Axiom weiß ich nicht wie ich vorgehen soll. Ich muss zeigen, dass 1) Wenn x=y dann ist d(x,y)=0 und 2) wenn d(x,y)=0 dann folgt x=y.

Bei 1) hatte ich die Idee zu zeigen dass lim(n nach unendlich) von d(x,y)=0 wenn x=y aber es ist mir nicht klar wie ich es zeigen kann. Ich denke hauptsächlich verstehe ich nicht was in diesem Fall mit der Supremum gemeint ist
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Messe687

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18:49 Uhr, 18.04.2024

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Hey,

Für das Supremum musst du dir die zwei Folgen (xn)n und (yn)n anschauen.
1)Du schaust für welche n : xn=yn gilt
2)Du nimmst dein größtes n für welche es gilt. Das ist dein Supremum.

Als Beispiel: xn=sin(nπ2) und yn=n
Für n=0 gilt: x0=sin(0)=0 und y0=0
Für n=1 gilt: x1=sin(π2)=1 und y1=1

Da der Sinus nie größer als 1 wird gilt danach xn<yn.

Du hast also Gleichheit bei n=0 und n=1. Da 1>0 ist 1 dein Supremum in diesem Fall.
kimmathe

kimmathe aktiv_icon

18:54 Uhr, 18.04.2024

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Hey,

Danke für deine Antwort. Das Problem ist das für beliebige n es gilt niemals 1n=0. Deswegen habe ich überlegt, dass damit d(xn,yn)=0 gilt für xn=yn muss ich einen Grenzwert berechnen damit lim(1n)=0 aber ich weiß nicht ob das sinnvoll oder Richtig in diesem Kontext ist
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Messe687

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19:06 Uhr, 18.04.2024

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Deine Idee macht Sinn für mich. Du hast zwei Folgen xk mit Grenzwert x und yk mit Grenzwert y.

Wenn du zwei Folgen hast mit dem gleichen Grenzwert folgt ja xk=x=y=yk für k->. Da dein k unendlich groß wird heißt das ja auch, dass dein Supremum unendlich groß wird. Daraus folgt d(x,y)=0.

Umgekehrt folgt aus d(x,y)=0, dass dein Supremum unendlich groß wird und daraus folgt xk=yk für k->. Daraus folgt, dass xk und yk den gleichen Grenzwert haben. Es gilt also x=y
kimmathe

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21:09 Uhr, 18.04.2024

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Kann jemand vielleicht mir helfen zu vorstellen was eine Cauchyfolge in X eigentlich ist ? Danke
kimmathe

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21:10 Uhr, 18.04.2024

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Kann jemand vielleicht mir helfen zu vorstellen was eine Cauchyfolge in X eigentlich ist ? Danke
Antwort
Messe687

Messe687 aktiv_icon

01:13 Uhr, 19.04.2024

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Ich kann es mal allgemein versuchen.

Eine Cauchyfolge in einem metrischen Raum (X,d) ist definiert durch:
ε>0 N m,nN:d(xm,xn)<ε

Das bedeutet, ab einem bestimmten N ist der Abstand zwischen zwei Folgengliedern maximal ε groß. Wenn du also Richtung unendlich gehst, liegen alle restlichen Folgenglieder immer näher zusammen.

Das zeigt, aber noch nicht unbedingt die Konvergenz der Folge. Es gibt ein Beispiel mit xn n und xn->2 für n->.
Falls X= liegt der Grenzwert nicht in X und die Cauchyfolge konvergiert folglich nicht in X.

Falls aber der Raum vollständig ist, konvergieren alle Cauchyfolgen in X.

Ich hoffe das hat etwas geholfen
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HAL9000

HAL9000

09:18 Uhr, 19.04.2024

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@Messe687

Deine Erklärung der Metrik im Beitrag 18.04., 18:49 ist leider falsch:

Man betrachtet nicht das größte n, für das xn=yn gilt! Sondern stattdessen das größte n, für das ununterbrochen

xk=yk für alle k=0,1,,n gilt - das ist i.a. etwas völlig anderes! Wenn man etwa die beiden Folgen

xn=sin(nπ2) sowie yn=0

dahingehend betrachtet, so gilt zwar x2k=y2k=0 für alle k und damit unendlich oft Gleichheit, aber es ist auch bereits x1=10=y1, womit das hier gesuchte n=0 ist. Für diesen Sonderfall wird aber die Metrik mit Wert 1 festgelegt.


1) Im Falle der Gleichheit x=y gilt aber selbst diese "ununterbrochene" Gleichheit für alle n, damit ist deren Supremum , und damit die Metrik gleich 1sup()=0.

2) Sind sie hingegen ungleich, gibt es irgendeinen kleinsten Index n mit xnyn, und die Metrik ist gleich d(x,y)=1max{1,n-1}>0.


3) Betrachten wir nun drei Folgen x,y,z:

Sei n der kleinste Index mit xnyn und m der kleinste Index mit ynzn (sollte es die nicht geben, dann nehme man den uneigentlichen Wert ).

Was wissen wir nun über den kleinsten Index r mit xnzn ? Wegen xk=yk=zk für alle k<min(n,m) gilt garantiert rmin(n,m), es folgt

max(1,n-1)=max(1,min(n,m)-1) oder max(1,m-1)=max(1,min(n,m)-1),

und damit

d(x,y)+d(y,z)=1max(1,n-1)+1max(1,m-1)1max(1,min(n,m)-1)1max(1,r-1)=d(x,z),

das ist die Dreiecksungleichung.



P.S.: Ich habe selbstredend überall die Folgen im Sinne x=(xn)n=0,1,, y=(yn)n=0,1, und z=(zn)n=0,1, verstanden.
Frage beantwortet
kimmathe

kimmathe aktiv_icon

10:47 Uhr, 24.04.2024

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Danke für eure Hilfe !