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Aufgabe:

Sei p ∈ ℂ[X]. Zeigen Sie, dass dann die folgenden Aussagen äquivalent sind:
(i) p(x) ∈ ℝ für alle x ∈ ℝ.
(ii) Alle Koeffizienten von p sind reell.


Problem/Ansatz:

Meine Vermutung ist, dass man wie üblich (i) ⇒ (ii) und (ii) ⇒ (i) zeigen muss. Ich komme aber bei beiden Implikationen zu keinen Ansatz.

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\((ii)\rightarrow (i)\) ist trivial !

Dass ein reelles Polynom beim Einsetzen reeller Werte

nur reelle Werte liefern kann, dürfte doch wohl kein Wunder sein, oder?

Aber es ist ja noch nicht klar ob das Polynom wirklich reell ist, denn die Polynomfunktion p(x) ist ja ein Element von den Komplexen Polynomen. Falls man ein Polynom a*x hat, kann es doch sein, dass wenn a reell ist, x komplex sein kann und somit ist das ganze Polynom komplex. Oder verstehe ich da was falsch?

Bei (i) werden doch nur reelle Werte eingesetzt.

Sorry, Ersti hier. Wenn man (ii) ⇒ (i) zeigt, muss man dann nicht (i) aus (ii) konstruieren und nicht schon bereits gegebene Informationen aus (i) annehmen?

Welche Informationen aus (i) übernehme ich denn ?

Dass ein reelles Polynom beim Einsetzen reeller Werte nur reelle Werte liefern kann

Diese Eigenschaften: p(x) ∈ ℝ für alle x ∈ ℝ ?

Ist \(x\in \mathbb{R}\) und sind \(a_0,\cdots , a_n\in \mathbb{R}\), dann

ist \(\sum_{i=0}^n a_ix^i\in \mathbb{R}\), da \(\mathbb{R}\) ein Körper ist.

Genau, aber woher weiß man, dass x ∈ ℝ ist? Ist das unproblematisch, wenn man das annehmen darf? Meine Herangehensweise wäre eher so:
(ii) ⇒ (i): Negiere man (i): p(x) ∉ ℝ ∃ x ∈ ℝ.
Wir wissen ∀ak ∈ ℝ. Da (k=0 bis n) ∑ ak · xk macht die negierte Aussage (i) keinen Sinn, denn ak    und alle xk  ∈ ℝ. Wegen Abgeschlossenheit bezüglich der Multiplikation in ℝ ist dann auch

p(x) =(ak· xk)∈ ℝ
Demnach muss die negierte Aussage (i) falsch sein und (ii) ⇒ (i) gelten.

Genau, aber woher weiß man, dass x ∈ ℝ ist? Ist das unproblematisch, wenn man das annehmen darf?

Ehrlich gesagt verstehe ich dein Problem nicht.

Du willst zeigen:

\(p=\sum a_iX^i\) mit \(a_0,\cdots,a_n\in \mathbb{R}\;\Rightarrow \forall x\in \mathbb{R}:\; p(x)\in \mathbb{R}\).

Um aus (ii) auf (i) zu schließen, musst du also nachweisen,

dass reelle x reelle Werte p(x) liefern.

1 Antwort

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Hallo

mindestens ein Koeffizient von p ist nicht reell , konstruiere einen Widerspruch  zu p(x) reell für alle x.

Gruß  lul

Avatar von 108 k 🚀

Sei p(x) =  ∑nk=0 ak · xk.
Annahme: p(x) ist reell für alle x ∈ ℝ.
x ∈ ℝ und demnach auch xk ∈ ℝ. Es gibt aber mind. einen Koeffizienten ak∈ ℂ. Demnach kann p(x) für diesen Fall nicht reell sein, denn dann ist:
ak∈ℂ ⊇ ℝ. Multipliziert man ak mit xk, dann folgt wegen der Abgeschlossenheit des komplexen Körpers, das auch p(x) ∈ ℂ ist.
Daraus folgt, dass jeder Koeffizient auch in ℝ sein muss, damit p(x) ∈ ℝ.

Ist das so verständlich für (i) ⇒ (ii)?
Wie geht man am besten an (ii) ⇒ (i) ran?

Hallo Mammuso,

betrachte p(x)=ix^2+ix+1. Dann ist p(-1)=1.

Du musst wirklich benutzen, dass p(x) reell für ALLe x, für einzelne x hat dir ja Ermanus gezeigt, das es nicht wahr sein muss. p(xi)=reell=ri für mindestens 1 komplexes ai dann folgt  p(x)-r=0  hat höchstens n Nullstellen

lul

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