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Aufgabe:

Für welche der Punkte \( (-4,1),(-2,-2),(6,1) \) in \( \mathbb{R}^{2} \) lässt sich die Gleichung

\( x^{2}-2 x y+4 y^{3}=28 \)

in einem Intervall um \( x \) eindeutig und stetig differenzierbar nach \( y \) auflösen?

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1 Antwort

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Nach Wikipedia gibt der Satz der impliziten Funktion ein Kriterium an, wann man die Gleichung in einer Umgebung auflösen kann.

Ich behaupte: für (x,y)=(-4,1) bzw. (x,y)=(-2,-2) läßt sich die Gleichung x^2-2xy+4y^3=28 in einem Interval um x eindeutig und stetig differenzierbar nach y auflösen.

Beweis: x^2-2xy+4y^3-28=0 und F(x,y):=x^2-2xy+4y^3-28

dann ist
$$ \nabla F=\left(\begin{array}{rr} 2x-2y \\ -2x+12y^2\end{array}\right) $$

die quadratische Teilmatrix der Jacobi-Matrix, die die partiellen Ableitungen von F nach den y-Variablen enthält

$$\left(\begin{array}{r} -2x+12y^2\end{array}\right)$$

und diese ist

    für (x,y)=(-4,1) also \( \left(\begin{array}{r} -2(-4)+12\cdot 1^2\end{array}\right)=\left(\begin{array}{r} 20\end{array}\right)=\left|\begin{array}{r} 20\end{array}\right|\neq 0 \) invertierbar
    für (x,y)=(-2,-2) also \( \left(\begin{array}{r} -2(-2)+12\cdot (-2)^2\end{array}\right)=\left(\begin{array}{r} 52\end{array}\right)=\left|\begin{array}{r} 52\end{array}\right|\neq 0\) invertierbar
    für \( (x,y)=(6,1)[/latex] also [latex]\left(\begin{array}{r} -2(6)+12\cdot (1)^2\end{array}\right)=\left(\begin{array}{r} 0\end{array}\right)=\left|\begin{array}{r} 0\end{array}\right|=0 \) nicht invertierbar


Daraus folgt die Behauptung. Bin ich da auf dem richtigen Weg?

---

(-4,1) sehr wohl. (-2,-2) nicht, das stimmt. Und aus deinem plot kann man ja auch entnehmen, dass das ergebnis jedenfalls stimmt, denn ab ca. x=5,4 ist die Gleichung ja nicht mehr eindeutig nach y auflösbar.

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! Aber habe noch eine Frage: heißt das, dass in (-2,-2) die Gleichung nach y nicht aufgelöst werden kann? Weil f(-2,-2) ungleich 0 ist?
Ja genauso ist es.

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