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Hallo :)

Ich stehe total auf dem Schlauch und ich hoffe, dass mir jemand helfen kann.

Aufgabe:

Bestimmen sie den Grenzwert der Folge (bn) mit

bn=(2/(x2)n+2)

in für jedes fest vorgegebene x∈ℝ.

Hinweis: Benutzen sie die Eigenschaften der geometrischen Folge (qn).


. :)

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Die Folge

$$ b_n=\frac2{(x^2)^n}+2 $$

ist eine geometrische Folge, was besonders deutlich wird, wenn man eine Substitution durchführt:

$$ q=\frac1{x^2}; q>0\\b_n=2q^n+2 $$

Der Grenzwert der Folge ist dann derselbe wie der der geometrischen Folge, wenn man ihn noch mit 2 multipliziert und 2 dazuzählt. Dann muss man noch feststellen, für welche q und somit für welche 1/x^2 die Folge konvergiert. Wenn du weitere Hilfe brauchst, melde dich nochmal.

Lg,

GiftGrün

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Ich fürchte, das ging mir etwas zu schnell, sorry :/

Kannst du das nochmal erklären? Wie kommst du auf

q=1/x2  ?

Und wie finde ich heraus für welche q die Folge konvergiert?

Der Hinweis der Aufgabe war, die geometrische Folge

$$a_n=q^n$$

zu benutzen. Das kannst du natürlich nur auf den Teil der Folge anwenden, der auch einen Exponenten n hat. In diesem Fall ist das das x^2 im Nenner. Also sagst du einfach: Ich nenne 1/x^2 jetzt q. Das nennt sich Substitution ("Vertauschung") und du kannst es mit jeder Variable, mit Summen und Produkten von Variablen machen. In diesem Fall kannst du sagen:

$$\frac2{(x^2)^n}=2\cdot\frac1{(x^2)^n}=2\left(\frac1{x^2}\right)^n.$$

Und schon hast du einen Term gefunden, den du durch q ersetzen kannst, sodass

$$b_n=2*q^n+2$$

dasteht.

Das Tolle an Grenzwerten ist, dass sie sich mit sogenannten stetigen Funktionen (kurz gesagt, Funktionen ohne plötzliche Sprünge, an denen die Kurve abreißt und an einer anderen Stelle weitergeht; ich denke, alle Funktionen, die du bisher im Unterricht behandelt hast, sind stetig) vertauschen lassen. Was wir in dieser Aufgabe davon haben ist, dass es egal ist, ob wir den Grenzwert für q gegen unendlich von a*q^n+b bilden oder den Grenzwert für q^n bilden und dann a*Grenzwert+b als Ergebnis hinschreiben. Mathematisch ausgedrückt:

$$\lim_{n\rightarrow\infty}(a\cdot q^n+b)=a\cdot \lim_{n\rightarrow\infty}q^n+b$$

Falls das wie Kauderwelsch für dich aussieht, lass dich nicht davon verwirren.

Existiert denn der Grenzwert der geometrischen Folge für alle positiven reellen Zahlen q?

Ein weiteres Problem ist, dass
$$q=\frac1{x^2}$$
nicht für alle reellen x definiert ist. Welche x könnten denn Schwierigkeiten machen?

Das hat mir schon sehr weitergeholfen, danke :)

Ich habe nur noch eine Frage.. wie finde ich heraus gegen was q^n konvergiert?

Denn gegen unendlich darf sie ja nicht gehen, wenn sie konvergieren soll oder? Oder stehe ich auf dem Schlauch?

LG :)

Die 0 schätze ich mal, denn auch negative Zahlen kann ich einsetzen, da sie ja quadriert werden oder?

Da der Hinweis der geometrischen Folge gegeben war, bin ich davon ausgegangen, dass ihr ihren Grenzwert bereits behandelt habt. Für Zahlen größer als eins wird die Folge q^n beliebig groß, für Zahlen zwischen minus eins und eins wird sie beliebig klein. Also ist ihr Grenzwert für -1<q<1 gleich null, für q=1 oder q=-1 gleich 1 (1^n=1 für alle natürlichen n) und für q<-1 springt sie zwischen beliebig großen und beliebig kleinen Werten hin und her. (-10^10 z.B. ist positiv, weil gerade Hochzahl, und sehr sehr groß, -10^11 ist dann wieder negativ und betragsmäßig nochmal zehnmal so groß).


Ja, es gibt zwei Gründe, wieso eine Folge nicht konvergiert: Entweder wird sie unendlich groß (oder klein, im Sinne von "gegen minus unendlich", klein im Sinne von "gegen Null" ist erlaubt) oder sie springt zwischen mehreren Werten hin und her. In letzterem Fall werden die Werte, zwischen denen sie hin und her springt, als "Häufungspunkte" bezeichnet.

Also hast du drei Fälle (x=0 ist nicht erlaubt, also lass ichs mal weg):

$$1.)\ 0<\frac1{x^2}<1\colon\lim_{n\rightarrow\infty}\frac2{x^{2n}}+2=2\cdot0+2=2\\2.)\ \frac1{x^2}=1\colon\lim_{n\rightarrow\infty}\frac2{x^{2n}}+2=2\cdot1+2=4\\3.)\ \frac1{x^2}>1\colon\lim_{n\rightarrow\infty}\frac2{x^{2n}}+2=2\cdot\infty+2=\infty $$

Das kann man noch umschreiben, sodass x explizit dasteht, dann hast du:

$$1.)\ -1<x<0\vee0<x<1\colon\lim_{n\rightarrow\infty}\frac2{x^{2n}}+2=2\cdot\infty+2=\infty\\2.)\ x=1\vee x=-1\colon\lim_{n\rightarrow\infty}\frac2{x^{2n}}+2=2\cdot1+2=4\\3.)\ x>1\vee x<-1\colon\lim_{n\rightarrow\infty}\frac2{x^{2n}}+2=2\cdot0+2=2 $$

Vielen vielen Dank. Jetzt habe ich es verstanden :)

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