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Aufgabe:

Für alle \( \xi, \eta \in \mathbf{R} \) gilt \( \exp (\xi+\eta)=\exp (\xi) \exp (\eta) \).

Hinweis: Betrachten Sie zu festem \( \xi \in \mathbf{R} \) die reellen Funktionen \( f, g: \mathbb{R} \rightarrow \) \( (0, \infty) \) mit \( f(\eta)=\exp (\xi+\eta) \) und \( g(\eta)=\exp (\xi) \exp (\eta) \) für alle \( \eta \in \mathbb{R} \) und zeigen Sie, dass \( \frac{f}{g} \) konstant ist.


Problem/Ansatz:

Wenn ich die Aufgabe richtig verstehe, zeigt man f/g konstant nur, weil man dadurch die gesuchte Gleichheit zeigen kann. Problem ist, wie zeigt man das f/g konstant ist.

Meine Idee: man verwendet das Kriterium für Konstanz

Sei \( I=[a, b] \subset \mathbb{R} \) ein kompaktes Intervall mit \( a<b \). Sei \( f: I \rightarrow \mathbb{R} \) stetig und in \( (a, b) \) differenzierbar mit \( f^{\prime}(x)=0 \) für alle \( x \in(a, b) \). Dann ist \( f \) konstant.


Nur habe ich jetzt das Problem, wie ich die Voraussetzungen des Kriteriums zeigen soll: weil ich hab weder ein kompaktes Intervall gegeben, noch weiß ich, wie ich (f/g)' = 0 zeigen soll. Kann mir da jemand weiterhelfen.


PS: ich weiß das normalerweise Cauchy-Produkt für den Beweis genutzt werden kann, aber mein Übungsleiter will, dass wir das nach dem Hinweis beweisen

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Falls du

        \(\frac{\mathrm{d}}{\mathrm{d}x}\exp(x) = \exp(x)\)

schon bewiesen hast, dann könntest du damit beweisen, dass

        \(\frac{\mathrm{d}}{\mathrm{d}\eta}\frac{f(\eta)}{g(\eta)} = 0\)

ist.

hab weder ein kompaktes Intervall gegeben

Behauptung: \(\frac{f}{g}\) ist auf \(\mathbb{R}\) konstant.

Beweis: Sei \(x \in \mathbb{R}\). Weil \(\frac{\mathrm{d}}{\mathrm{d}\eta}\frac{f(\eta)}{g(\eta)} = 0\) ist, ist \(\frac{f(\eta)}{g(\eta)}\) auf \([0,x]\) konstant. Also ist \(\frac{f(x)}{g(x)} = \frac{f(0)}{g(0)}\).

Weil \(x \in \mathbb{R}\) beliebig gewählt wurde, ist \(\frac{f(x)}{g(x)} = \frac{f(0)}{g(0)}\) für jedes \(x \in \mathbb{R}\). Also ist \(\frac{f(\eta)}{g(\eta)}\) auf ganz \(\mathbb{R}\) konstant.

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