Mathematik verstehen 6, Schulbuch

132 7 FOLGEN 7.15 Gegeben sind drei Zahlenfolgen ​(​a ​n ​| n * ℕ*​)​. Ergänze die Textlücken im folgenden Satz durch Ankreuzen der jeweils richtigen Satzteile so, dass eine korrekte Aussage entsteht! Die Folge (an) mit  ist konvergent und für Ihren Grenzwert a gilt  . 7.16 Ordne jeder der beiden Folgen in der linken Tabelle ihren Grenzwert aus A bis D zu! Exaktere Fassung des Grenzwertbegriffs L Bisher haben wir Grenzwerte von Folgen intuitiv ermittelt, indem wir mit „unbegrenztem Nähern“ argumentiert haben. Dies war im Allgemeinen möglich, weil wir im Term für a​ ​n ​Zähler und Nenner durch n, n2,… dividieren konnten. Bei vielen Grenzwertnachweisen (zB zum Nachweis von ​ lim​ n ¥ • ​ n � _ n​= 1​) versagt diese Methode jedoch. Für solche Nachweise braucht man eine genauere Definition des Grenzwertbegriffs. 7.17 Gegeben ist die Folge ​(​a ​n ​| n * ℕ*​) ​ mit ​a​n ​= ​ 8 n – 1 _ 1 + 2 n ​. Wir vermuten, dass ​ lim​ n ¥ • ​a ​n ​= 4.​ Ab welchem Index haben alle Folgenglieder an von 4 a) einen kleineren Abstand als 0,01, b) einen kleineren Abstand als eine beliebig klein vorgegebene Zahl ​ε * ​ℝ ​+​? LÖSUNG a) ​| ​a ​n ​– 4 | ​< ​ 1 _ 100 ​É ​| ​ 8 n – 1 _ 1 + 2 n ​– 4 | ​= ​| ​ ​(8 n – 1) ​– 4 ​(1 + 2 n)​ ___ 1 + 2 n ​| ​= ​| ​ – 5 _ 1 + 2 n ​| ​< ​ 1 _ 100 ​ É ​ 5 _ 1 + 2 n ​< ​ 1 _ 100 ​ É 500<1+2n É n > ​499 _ 2 ​= 249,5​ Ab dem 250. Glied haben alle Folgenglieder von 4 einen kleineren Abstand als 0,01. b) ​| ​a ​n ​– 4 | ​< ε É ​| ​ 8 n – 1 _ 1 + 2 n ​– 4 | ​< ε É ​ 5 _ 1 + 2 n ​< ε É 5 < ε + 2 n ε É 5 – ε < 2 n ε É ​ 5 – ε _ 2 ε ​ < n ​ Wählt man also als Index n die nächste auf ​5 – ε _ 2 ε ​ ​folgende natürliche Zahl no , dann haben ab diesem Index alle Folgenglieder von 4 einen kleineren Abstand als ​ε​. Diese Aufgabe legt nahe, den Begriff des Grenzwerts folgendermaßen festzulegen: Definition Die Zahl a heißt Grenzwert (Limes) der Folge ​(a​ n ​| n​ * ℕ*)​, geschrieben a = ​lim ​ n ¥ • ​a​ n ​, wenn gilt: Zu jeder (noch so kleinen) Zahl ε * ​ℝ + ​gibt es einen Index n​ 0 ​* ℕ*, sodass ​| an – a | ​< ε für alle n º n​ 0 .​ Um nachzuweisen, dass eine Folge (an) den Grenzwert a hat, geht man in zwei Schritten vor:   ​a ​n ​= ​ 8 ​n ​2 ​+ 4 __ 2 n – 1 ​  ​a = 2 ​  ​a ​n ​= ​ 4 + 3 n _ 1 + ​n ​2​ ​  ​a = 3 ​  ​a ​n ​= ​ 12 ​n ​2 ​+ 8 n __ ​(2 n + 1) ​2​ ​  ​a = 4 ​  ​ ​a ​n ​= 2 ​n​ 2 ​+ 1 __ 4n + ​n​2​ ​ A – 3 B – 0,5 C 0,5 D 2 E 1 F 5 ​a ​n ​= ​ 2 n – 3 _ 1 – 4 n ​ ​a ​n ​= ​ 2 – 3 n2 _ n2 + 2 ​ ​a ​n ​= ​ 10 n – 1 _ 3 + 2 n ​ Nur zu Prüfzwecken – Eigentum des Verlags öbv

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