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Aufgabe:

Zeige, dass die Funktion $$f:\mathbb{R}^2\rightarrow\mathbb{R}, (x,y)^t\rightarrow(y-x^2)(y-2x^2)$$ für jede Gerade $$G\subset \mathbb{R}^2$$ die durch den Ursprung geht, ein isoliertes lokales Minimum in (0,0) besitzt, wenn f nur auf Elemente von G angewandt wird: $$f:G\rightarrow \mathbb{R}$$


Problem/Ansatz:

Also ich hatte mir überlegt, dass ich ja im Allgemeinen eine Ursprungsgerade als (x,mx) schreiben kann, und wenn ich das in mein f(x,y) einsetze, kriege ich ein Polynom von $\mathbb{R}$ nach $\mathbb{R}$, was sich etwas einfacher handzuhaben anfühlt, wäre dann $$f(x)=2x^4-3mx^2+m^2x^2$$.

Zu zeigen ist, dass ein delta>0 existiert, sodass für alle x!=a in der delta-Umgebung von a gilt, dass f(a)<f(x).

In meinem Fall wäre ja a=(0,0)... bzw wegen der Geraden kann ich das ganze ja eindimensional betrachten, oder?

Aber ich komme da halt irgendwie immer auf insgesamt 8 verschiedene Fälle bzw Relationen m<-1, 0>m>-1, 0<m<1, m>1, und dann jeweils noch das Vorzeichen des Funktionsarguments umdrehen...

Wenn da jemand einen anderen Ansatz hätte als irgendwie die ganzen Fallunterscheidungen und Epsilon-Deltas durchzuprügeln wäre ich sehr dankbar, weil ich mit dem Ansatz auch immernoch Schwierigkeiten habe, die Potenzen da irgendwie so umzuschreiben, dass das ganze in diesem Fall eben >0 ist...

Die Hesse Matrix wäre in dem Punkt für mein f(x) bzw f(0) ja eben auch 0 und kann damit auch keine Aussage treffen, ich muss ja also mit der Definition arbeiten aber ich kann mir grad nichts vorstellen, was da allgemeine Aussagen erlaubt, man hat ja immer die nervigen Potenzen drin...

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Eine Ursprungsgerade ist

y = m·x

Setzen wir das ein

f(x, y) = (y - x^2)·(y - 2·x^2)

f(x, m·x) = (m·x - x^2)·(m·x - 2·x^2) = x^2·(m - x)·(m - 2·x)

Wegen dem Faktor x^2 hat f also eine Nullstelle ohne Vorzeichenwechsel von + nach +. Das ist ein Tiefpunkt.

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Das kann ich ja sagen wenn ich mich nur in den reellen Zahlen befinde, richtig?

Mir macht halt der spezifische Wortlaut des isolierten lokalen Minimums, weil das erst in der mehrdimensionalen Analysis eingeführt wurde, zu schaffen. Wir haben keine wirklichen Sätze dazu außer halt, dass es ein minimum/maximum/sattelpunkt is wenn die Hesse-Matrix positiv-/negativ-/un- definit ist. Beziehungsweise eben noch die Definition mit der Delta-Umgebung von a.

Oder mach ich mir da grad einfach unnötig Sorgen um die Definitionen? Ich denke mir schon, dass im eindimensionalen gar kein wirklicher Unterschied zwischen lokalem Minimum und isoliertem lokalen Minimum existiert, aber bei so Definitionssachen bin ich mir immer etwas unsicher...

x und y waren doch als reelle Zahlen. Und da wir uns auf einer Ursprungsgeraden befinden ist f nur von einer Variablen abhängig und dann interessiert das "isoliert" nicht.

Sowas hatte ich irgendwie schon gehofft... Muss das eventuell mal noch aus der Definition für ein lokales Minimum in R herleiten, dass das eben auch die Definition des isolierten lokalen Minimums erfüllt, ist vermutlich zu unsauber ansonsten, vielen Dank für die Hilfe!

Ist dir denn überhaupt klar was isoliert bedeutet. Also was der unterschied ist wenn ein lokales extrema isoliert bzw. nicht isoliert vorliegt?

Was ich im Kopf habe ist, dass beim isolierten lokalen Minimum ist die Funktion echt kleiner gleich allen Funktionswerten in einer Umgebung um die Stelle des Minimums, beim lokalen Minimum ist gleichheit erlaubt.

Natürlich kann wenn ich nur von einer Variablen abhänge und keine konstante Funktion habe, nicht wirklich zwei Funktionswerte "nebeneinander" haben die gleich sind, glaube ich.

Jetzt ist das ja eine stetige Funktion, die muss also ja auch in jedem Intervall ein minimum und maximum annehmen, oder tut das hier nichts zur Sache?

Was ich im Kopf habe ist, dass beim isolierten lokalen Minimum ist die Funktion echt kleiner gleich allen Funktionswerten in einer Umgebung um die Stelle des Minimums, beim lokalen Minimum ist gleichheit erlaubt.

Das ist erstmal korrekt.

Natürlich kann wenn ich nur von einer Variablen abhänge und keine konstante Funktion habe, nicht wirklich zwei Funktionswerte "nebeneinander" haben die gleich sind, glaube ich.

Zumindest nicht, wenn wir einfach wie gegeben ein Polynom haben.

Jetzt ist das ja eine stetige Funktion, die muss also ja auch in jedem Intervall ein minimum und maximum annehmen, oder tut das hier nichts zur Sache?

Ich glaube so ist das auch verkehrt. Es sollte wenn schon ein geschlossenes Intervall sein.

y = x hat auf dem Intervall ]-1 ; 1[ weden ein Maximum noch ein Minimum.

Es sollte wenn schon ein geschlossenes Intervall sein.

Ja stimmt, muss glaube ich sogar kompakt sein.

Also versuche ich mich mal daran die andere Aussage zu zeigen (dass halt aus dem lokalen minimum auch das isolierte Minimum folgt? Sollte ja irgendwie mit nem Widerspruch gehen. Angenommen es gäbe b!=a so, dass f(a)=f(b), dann kriegt man ne Null und kriegt, dass das b auch 0 sein muss... oder sowas)

Sollte mal die Antwort als beste markieren und wenn ich dann weiter Schwierigkeiten habe, nen neuen Thread aufmachen...

Vielen Dank für die Hilfe bis dato doch, muss mich zumindest jetzt nicht mehr mit den Fallunterscheidungen rumquälen. :)

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