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Ungleichungen mit Folgen lösen?

Hallo liebe Community,

ich sitze gerade an einer Aufgabe und komme da nicht so recht weiter. Die Aufgabe lautet wie folgt:

Gilt für alle n ≥ N die Ungleichung |a_n − 1/3 | < 0, 01?

Gegeben ist noch:



Zuvor hatte man noch folgende Aufgabe:

Für welche N ∈ |N gilt das erste Mal |aN − 1/3| < 0,01?

Da habe ich N = 19 raus.

Ich habe mir jetzt einfach intuitiv gedacht, dass die Aussage korrekt ist. Aber wie würde man das beweisen? Mein Ansatz wäre es jetzt gewesen erstmal zu zeigen, dass die gegebene Folge gegen 1/3 konvergiert. Das habe ich wie folgt gemacht:

Sei Epsilon > 0 beliebig.

|a_n - 1/3| = |(n+4) / (3n+10) - 1/3| =
|2 / (3*3n+10)| = |2 / (9n+10)|

Okay ich habe erstmal a_n - 1/3 vereinfacht. Dann wollen wir ja, dass |a_n - 1/3| kleiner ist als Epsilon, also

    2 / (9n+10) < Epsilon        | * (9n+10)
<-> 2 < Epsilon * (9n+10)        |Klammern auflösen
<-> 2 < 9*n*Epsilon + 10*Epsilon |-10*Epsilon
<-> 2-10*Epsilon < 9*n*Epsilon   |:9*Epsilon
<-> (2-10*Epsilon) / (9*Epsilon) < n 

Das heißt ja jetzt, dass sobald n > (2-10*Epsilon) / (9*Epsilon), | a_n - 1/3| < Epsilon gilt. Jetzt muss ich ein N finden für das gilt, dass n>=N mit n > (2-10*Epsilon) / (9*Epsilon). Und an dieser Stelle bin ich verwirrt. Im Skript wird das so gemacht, dass man nun einfach an das (2-10*Epsilon) / (9*Epsilon) eine 1 addiert und das dann auf die nächste natürliche Zahl aufrundet. Und das ist dann unser N. Aber es muss doch gelten N <= n und das ist dann doch nicht erfüllt, oder? Müsste man nicht eigentlich -1 dranhängen und abrunden?

Ich habe dann erstmal einfach weitergemacht mit dem N (also (2-10*Epsilon) / (9*Epsilon) + 1 aufgerundet zur nächsten natürlichen Zahl). Und hier fängt dann ja erst der richtige Beweis an:

Sei N die Zahl (2-10*Epsilon) / (9*Epsilon) + 1 aufgerundet zur nächsten natürlichen Zahl. Sei Epsilon > 0 beliebig.

N >= (2-10*Epsilon) / (9*Epsilon) + 1. Sei n >= N beliebig. Dann ist n >= N >= (2-10*Epsilon) / (9*Epsilon) + 1, also n > (2 - 10*Epsilon)/(9*Epsilon).

Hier bin ich wieder verwirrt, ich habe das so gemacht wie im Skript aber ist hier nicht auch ein Fehler?

    n > (2-10Epsilon) / 9Epsilon | *9Epsilon
<-> n*9Epsilon > 2-10Epsilon     | +10Epsilon
<-> n*9Epsilon*10Epsilon > 2     | Epsilon ausklammern
<-> (9n+10)Epsilon > 2           | :(9n+10)
<-> Epsilon > 2/(9n+10)          

So jetzt schaue ich mir |a_n - 1/3| an.

|a_n - 1/3| = |(n+4) / (3n+10) - 1/3| = |2 / (3*(3n+10))| = |2 / (9n + 30)|

daraus folgt:

|a_n - 1/3| < Epsiolon. Also ich glaube hier sind ein paar Sachen schief gelaufen. Auch wenn es eigentlich stimmen sollte, dass |a_n - 1/3| < Epsilon gilt.

So damit habe ich gezeigt, dass der Grenzwert 1/3 ist. Aus der vorherigen Aufgabe weiß ich, dass das kleinstmögliche n 19 ist. Das habe ich dann eingesetzt und gezeigt, dass |a_19 - 1/3| < 0,01 ist. Weil es gegen 1/3 konvergiert, wird der Abstand dann nur geringer habe ich mir gedacht. Wo sind hier meine Fehler? Was könnte ich besser machen?

Schule, Mathematik, Folgen, Universität, Ungleichungen, Analysis

Funktionsgleichung berechnen mittels Annäherung?

Hallo Mathematiker.

Da ich mich momentan etwas eingehender mit Data Science und KI beschäftige möchte ich gerade auf Jux mal ein Wettervorhersage-Programm schreiben welches mir basierend auf den vorangegangenen Tagen/Wochen, das Wetter von morgen und übermorgen vorhersagt.

Bevor jetzt wissenschaftliche Einwände kommen, dass dies kaum zu seriösem Erfolg führen wird. Es geht hierbei nur um den Lerneffekt!

Dabei wollte ich jetzt erst einmal mit den Temperaturen anfangen. Also einfach die maximalen Tagestemperaturen.

Aber hier kam dann bei mir die Frage auf: Wie stellt man eigentliche eine entsprechende Funktionsgleichung auf? Diese wird ja keiner wirklichen Funktion entsprechen, zumindest keiner offensichtlichen, sondern dürfte sehr viele Grade haben.

Auch das x ist ja im Grunde halb-flexible. Ob die Punkte jetzt x=1,2,3,4,... oder x=20,27,34,41,... folgen ist mir einerlei, so lange ich weiß welches x den nächsten und übernächsten Tag darstellt.

Angenommen ich hätte jetzt ein paar Beispieldaten von einer Woche (die stimmen nicht, sind nur schnell hingetippt):

(15/13), (16/9), (17/7), (18/12), (19/14), (20/22), (21/15)

und wollte mir damit nun per Annäherung die Funktionsgleichung ermitteln, wie ginge das?

Mit OpenOffice und Excel kann man sich ja z. B. in einem Diagramm die berechnete Funktionsgleichung mit Bestimmtheitsmaß anzeigen lassen. Allerdings nur für lineare oder exponentielle Gleichungen usw., aber nichts was für meine Zwecke zu gebrauchen wäre.

Wie macht man sowas? Gibt es online vielleicht bereits einen Rechner dafür? Oder kennt jemand eine Bibliothek (bestenfalls Python) wo sowas integriert ist?

Vielen Dank für hilfreiche Antworten.

Schule, Mathematik, programmieren, Funktion, Informatik, Stochastik, Funktionsgleichung, Analysis, Data Science

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