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Nabla und Laplace Operator;

Berechene


\(\nabla f \quad \text{und} \quad \Delta f := \sum_{i=1}^{n} \left( \frac{\partial^2 f}{\partial x_i^2} \right) f: \mathbb{R}^n \to \mathbb{R}, \quad f(x) := |x|\)


Kann mir jemand helfen das berechnen, denn ich habe irgendwie Probleme es zu berechnen.

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Wie weit kommst Du denn? Ich nehme an \(|x|=\|x\|_2=\sqrt{\sum x_i^2}\), und dann berechnet man die partiellen Ableitungen mit der Kettenregel. Bei Problemen lade gerne Deine Rechnung hoch, dann sehen wir weiter.

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Also ich habe folgendes gerechnet;


Gradient \(\nabla f\):

Der Gradient für \( f(x) \) ist def. als:

\(\nabla f(x) = \left( \frac{\partial f}{\partial x_1}, \frac{\partial f}{\partial x_2}, \ldots, \frac{\partial f}{\partial x_n} \right)\)


Für \( f(x) = |x| \):

 \(\frac{\partial f}{\partial x_i} = \frac{\partial |x|}{\partial x_i}\)


\( |x| = \sqrt{x_1^2 + x_2^2 + \ldots + x_n^2} \), ist \( \frac{\partial |x|}{\partial x_i} = \frac{x_i}{|x|} \).


 => \(\nabla f(x) = \left( \frac{x_1}{|x|}, \frac{x_2}{|x|}, \ldots, \frac{x_n}{|x|} \right)\)


Laplace-Operator \(\Delta f\);


 \(\Delta f(x) = \sum_{i=1}^{n} \frac{\partial^2 f}{\partial x_i^2}\)


Für \( f(x) = |x| \):

 \(\frac{\partial^2 f}{\partial x_i^2} = \frac{\partial}{\partial x_i} \left( \frac{x_i}{|x|} \right)\)


zweite Ableitung:

 \(\frac{\partial}{\partial x_i} \left( \frac{x_i}{|x|} \right) = \frac{\partial}{\partial x_i} \left( x_i (x_1^2 + x_2^2 + \ldots + x_n^2)^{-\frac{1}{2}} \right)\)


Produktregel:

 \(\frac{\partial}{\partial x_i} \left( x_i (x_1^2 + x_2^2 + \ldots + x_n^2)^{-\frac{1}{2}} \right) = (x_1^2 + x_2^2 + \ldots + x_n^2)^{-\frac{1}{2}} - x_i^2 (x_1^2 + x_2^2 + \ldots + x_n^2)^{-\frac{3}{2}}\)


Also...

\(\frac{\partial^2 f}{\partial x_i^2} = \left( \frac{x_1^2 + x_2^2 + \ldots + x_n^2 - 2x_i^2}{|x|^3} \right)\)


Laplace-Operator:

\(\Delta f(x) = \sum_{i=1}^{n} \frac{\partial^2 f}{\partial x_i^2} = \sum_{i=1}^{n} \left( \frac{x_1^2 + x_2^2 + \ldots + x_n^2 - 2x_i^2}{|x|^3} \right)\)

Prima, geht doch! Alles richtig, bis auf den Vorfaktor 2 in der 2. Abl. vor dem \(x_i^2\), der in der Produktregel richtigerweise nicht auftaucht, aber danach plötzlich.

Ok, Dankeschön

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