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Aufgabe:

Bestimmen Sie Supremum und Infimum der Menge \( A=\left\{3+\frac{x^{2}}{1+x^{2}} \mid x \in \mathbb{R}\right\} \) und entscheiden Sie, ob es sich dabei um ein Maximum bzw. Minimum handelt.


Hallo ihr Lieben. Ich komme bei der Aufgabe leider nicht weiter. Wäre sehr dankbar falls mir jemand helfen könnte. Vielen vielen Dank im voraus !!!

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Aloha :)

Für ide Elemente \(a(x)\) der Menge \(A\) gilt:$$a(x)=3+\frac{x^2}{1+x^2}$$Da \(\frac{x^2}{1+x^2}\ge0\) ist und für \((x=0)\) den Wert \(0\) annimmt, ist \(3\) das Minimum von \(A\):$$3\le a(x)\quad\text{für alle }x\in\mathbb R$$

Für die Abschätzung nach oben formen wir \(a(x)\) etwas um:$$a(x)=3+\frac{(\pink1+x^2)\pink{-1}}{1+x^2}=3+\frac{\pink1+x^2}{1+x^2}+\frac{\pink{-1}}{1+x^2}=4-\frac{1}{1+x^2}$$

Zwar konvergiert der Bruch \(\frac{1}{1+x^2}>0\) für \(x\to\pm\infty\) gegen \(0\), nimmt den Wert \(0\) selbst aber niemals an, daher ist \(4\) ein Supremum, aber kein Maximum.$$3\le a(x)<4\quad\text{für alle }x\in\mathbb R$$

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