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Folgende Aufgabe:

$$Seien~a,b \in \mathbb{R}~mit~a<b.~Gegeben~seien~endlich~viele~Punkte~x_1,...x_k \in [a,b],~wobei~k \in \mathbb{N}_{>0}.~Die~Funktion~f:~[a,b]->\mathbb {R}~hat~die~Eigenschaft,~dass~f(x)=0~\forall x \notin \{x_1,...x_k\} $$ Gezeigt werden soll nun, dass die Funktion auf [a,b] integrierbar ist. Zuerst gilt es nehme ich mal an zwei Fälle zu unterscheiden. $$ Falls~für~alle~x \in \{x_1,...x_k\}~f(x)=0~dann~ist~die~Funktion~auf~dem~Intervall$$ $$[a,b]~stetig~und~somit~integrierbar. $$

Nun müsste man denke ich zeigen, dass es integrierbar für einen Punkt ungleich 0 ist und dann einen Induktionsbeweis führen. Mein Problem ist nur, dass ich nicht weiss, wie man es für diesen einen Punkt zeigt. Normalerweise müsste ja gezeigt werden, dass auf dem Intervall [a,x] (wobei f(x) ungleich 0), die kleinste Obersumme gleich der größten Untersumme ist. Aber wenn man nun die Untersumme zerlegt, dann kann ja nie eine Zerlegung klein genug werden, sodass das Infimum in einem Abschnitt der Zerlegung f(x) ist. Schließlich muss ja für eine Zerlegung $$ Z:= \{x_1, x_2,...x_k\}~x_1<x_2<...<x_k~gelten~und~nicht~x_1 \leq x_2 \leq ... \leq x_k$$ Das Infimum zwischen zwei gegeben Stützpunkte müsste doch somit immer f(x)=0 sein.

Was habe ich hier falsch verstanden?

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1 Antwort

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Du musst ja Zerlegungsfolgen betrachten, bei denen auch die Länge des

längsten Teilintervalls gegen 0 geht.

Wenn du das etwa für k=1 betrachtest, hat die Untersumme

den Wert 0 und die Obersumme bei der n-ten Zerlegung den Wert hn*f(x1) ;

denn auf den anderen Teilintervallen sind alle Funktionswerte 0.

Und für hn gegen 0 , geht das auch gegen 0, also ist das Integral 0.

Entsprechend argumentierst du im Induktionsschritt.

Avatar von 289 k 🚀

Erstmal Danke für deine Antwort! Ich weiß nicht, ob ich dich richtig verstanden habe. Mir ist das immer noch nicht so ganz klar, was wahrscheinlich daran liegt, dass ich irgendeine Definition oder Konvention im Bezug auf Grenzwerte missverstanden habe. Angenommen die Feinheit der Zerlegung konvergiert gegen 0 wie du es gesagt hast. Dann bedeutet dies ja für die einzelnen Stützpunkte, dass sie immer näher beieinander liegen, aber sie liegen nie aufeinander. Nehmen wir mal an, dass es genau ein x_k mit f(x_k)>0 gibt. Wenn nun die Untersumme gebildet wird, dann haben wir in den Intervallen ohne x_k so oder so nur Nullen, die sich aufsummieren. Das Intervall welches x_k enthält kann ja nicht [x_k,x_k] sein, da für zwei Stützpunkte x,y x<y gelten muss. Demnach muss das Intervall entweder so [x_k,x]/[x,x_k] oder so [x,y] aussehen wobei x und y zwei von x_k verschiedene Werte sind mit x ungleich y. Da x_k und x beide reelle Zahlen sind können wir zwischen den beiden eine rationale Zahl z finden und für diese gilt f(z)=0. Somit wäre das Infimum auf diesem Intervall f(z). Die Obersumme hingegen "wählt" sofort f(x_k), sobald dies in einem Intervall auftaucht. Ober und Untersumme sind also ungleich, obwohl natürlich dadurch, dass der Abstand immer kleiner wird die Obersumme auch immer kleiner wird. Wie bereits am Anfang angemerkt, hat es mit aller Wahrscheinlichkeit damit zu tun, dass ich irgendetwas mit den Grenzwertprozessen nicht ganz verstehe. Wenn etwas (also die Feinheit) gegen 0 konvergiert bedeutet dies doch nicht, dass es irgendwann auch 0 wird und somit müsste die Obersumme auch >0 sein. Könnte mir hier irgendwer auf die Sprünge helfen?

Ober und Untersumme sind also ungleich,

Stimmt, das hatte ich zunächst übersehen

Ich korrigiere das oben..

Die Untersumme ist also immer 0 und die Obersumme

ist hn*f(x1).    Aber die Grenzwerte von beiden sind

jedenfalls 0.

Edit: Was ich hier geschrieben habe war Schmarrn, bitte ignorieren.

Das Infimum ist doch die größte untere Schranke.

Die Obersummen sind immer hn*f(x1) wobei hn gegen 0  geht,

( wir sind ja immer von positivem f(x1) ausgegangen, für

negatives muss man dann über die Untersumme argumentieren)

also gibt es zu jedem eps>0 ein no, von dem an,

also für alle n > no gilt   hn < eps.

Beweis:  inf = 0.

Bew (indirekt) : angenommen es gäbe eine untere Schranke S > 0.

d.h.  Für alle n∈ℕ gilt    hn*f(x1) ≤ S

==>    hn ≤   S/f(x1)    #  ( wegen f(x1) positiv )

Sei nun eps =  S/f(x1) , dann gibt es ein no,

mit :   für alle n > no gilt   hn < eps.

Widerspruch zu #.

Also ist 0 das Infimum.

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