Kurs:Mathematik (Osnabrück 2009-2011)/Teil III/Arbeitsblatt 67/latex
\setcounter{section}{67}
\zwischenueberschrift{Aufwärmaufgaben}
\inputaufgabe
{}
{
Es seien
\mathkor {} {[a,b[} {und} {[c,d[} {} zwei
\definitionsverweis {halboffene Intervalle}{}{}
\zusatzklammer {mit
\mathl{a\leq b}{} und
\mathl{c \leq d}{}} {} {.} Beschreibe den Durchschnitt
\mathl{[a,b[ \cap [c,d[}{} als eine disjunkte Vereinigung von halboffenen Intervallen.
}
{} {}
\inputaufgabe
{}
{
Es sei
\mathl{{\mathcal M }}{} das Mengensystem, das aus allen endlichen disjunkten Vereinigungen von
\definitionsverweis {offenen}{}{,}
abgeschlossenen, einseitig halboffenen, leeren, beschränkten oder unbeschränkten
\definitionsverweis {reellen Intervallen}{}{}
besteht. Zeige, dass
\mathl{{\mathcal M }}{} eine
\definitionsverweis {Mengenalgebra}{}{}
ist.
}
{} {}
\inputaufgabegibtloesung
{}
{
Man gebe ein Beispiel für eine beschränkte Teilmenge
\mavergleichskette
{\vergleichskette
{ T
}
{ \subseteq }{ \R
}
{ }{
}
{ }{
}
{ }{
}
}
{}{}{,}
die man als eine
\definitionsverweis {abzählbare}{}{}
\definitionsverweis {disjunkte Vereinigung}{}{}
von rechtsseitig halboffenen Intervallen schreiben kann, aber nicht als eine endliche Vereinigung.
}
{} {}
\inputaufgabe
{}
{
Es sei
\mavergleichskette
{\vergleichskette
{ T
}
{ \subseteq }{ \R^n
}
{ }{
}
{ }{
}
{ }{
}
}
{}{}{}
eine
\definitionsverweis {messbare}{}{}
\definitionsverweis {beschränkte Teilmenge}{}{.}
Zeige, dass
\mavergleichskette
{\vergleichskette
{ \lambda^n(T)
}
{ < }{ \infty
}
{ }{
}
{ }{
}
{ }{
}
}
{}{}{}
ist.
}
{} {}
\inputaufgabe
{}
{
Es seien endlich viele
\definitionsverweis {linear unabhängige}{}{}
Vektoren
\mathl{v_1 , \ldots , v_k \in \R^n}{} gegeben und es sei
\mavergleichskettedisp
{\vergleichskette
{P
}
{ =} {{ \left\{ a_1v_1 + \cdots + a_kv_k \mid a_i \in [0,1] \right\} }
}
{ } {
}
{ } {
}
{ } {
}
}
{}{}{}
das dadurch erzeugte
\definitionsverweis {Parallelotop}{}{.}
Zeige, dass $P$
\definitionsverweis {beschränkt}{}{}
ist.
}
{} {}
\inputaufgabe
{}
{
Es sei
\mavergleichskette
{\vergleichskette
{U
}
{ \subseteq }{\R^n
}
{ }{
}
{ }{
}
{ }{
}
}
{}{}{,}
\mavergleichskette
{\vergleichskette
{n
}
{ \geq }{1
}
{ }{
}
{ }{
}
{ }{
}
}
{}{}{,}
eine
\definitionsverweis {nichtleere}{}{}
\definitionsverweis {offene Teilmenge}{}{.}
Zeige, dass
\mavergleichskette
{\vergleichskette
{ \lambda^n(U)
}
{ > }{ 0
}
{ }{
}
{ }{
}
{ }{
}
}
{}{}{}
ist. Zeige ebenso, dass dies für
\definitionsverweis {abgeschlossene Mengen}{}{}
nicht gelten muss.
}
{} {}
\inputaufgabe
{}
{
Man gebe ein Beispiel für ein $\sigma$-\definitionsverweis {endliches Maß}{}{} $\mu$ auf $\R$ an, das auf allen Intervallen mit positiver Länge den Wert $\infty$ besitzt.
}
{} {}
\inputaufgabe
{}
{
Es seien \mathkor {} {V} {und} {W} {} \definitionsverweis {reelle Vektorräume}{}{} und \maabbdisp {\varphi} {V} {W } {} eine \definitionsverweis {injektive}{}{} \definitionsverweis {lineare Abbildung}{}{.} Zeige, dass das \definitionsverweis {Bild}{}{} eines \definitionsverweis {Parallelotops}{}{} wieder ein Parallelotop ist.
}
{} {}
\zwischenueberschrift{Aufgaben zum Abgeben}
\inputaufgabe
{4}
{
Zeige, dass sich eine Teilmenge
\mathl{T \subseteq \R}{} genau dann als eine endliche Vereinigung von rechtsseitig halboffenen Intervallen schreiben lässt, wenn dies mit endlich vielen disjunkten rechtsseitig halboffenen Intervallen möglich ist.
}
{} {}
\inputaufgabe
{6 (3+3)}
{
Es sei ${\mathcal V }$ der
\definitionsverweis {Mengen-Präring}{}{}
aller Teilmengen
\mavergleichskette
{\vergleichskette
{ T
}
{ \subseteq }{ \R
}
{ }{
}
{ }{
}
{ }{
}
}
{}{}{,}
die sich als eine endliche Vereinigung von
\zusatzklammer {rechtsseitig} {} {}
\definitionsverweis {halboffenen Intervallen}{}{}
\mathl{[a,b[}{} schreiben lassen. Beweise folgende Aussagen.
\aufzaehlungzwei {Die zu $V$ über eine Zerlegung in disjunkte halboffene Intervalle
\mavergleichskettedisp
{\vergleichskette
{ V
}
{ =} { [a_1,b_1[ \uplus \ldots \uplus [a_n,b_n[
}
{ } {
}
{ } {
}
{ } {
}
}
{}{}{}
definierte Zahl
\mavergleichskettedisp
{\vergleichskette
{ \mu(V)
}
{ =} { \sum_{i = 1}^n (b_i -a_i)
}
{ } {
}
{ } {
}
{ } {
}
}
{}{}{}
ist wohldefiniert.
} {Durch die Zuordnung
\mathl{V \mapsto \mu(V)}{} wird ein
\definitionsverweis {Prämaß}{}{}
auf diesem Präring definiert.
}
}
{} {}
\bild{ \begin{center}
\includegraphics[width=5.5cm]{\bildeinlesung {Cantor_set_in_seven_iterations.svg} }
\end{center}
\bildtext {Die Cantor-Menge ist das Endprodukt des in dieser Skizze angedeuteten Ausdünnungsprozesses.} }
\bildlizenz { Cantor set in seven iterations.svg } {} {Hellisp} {Commons} {PD} {}
\inputaufgabe
{5 (1+2+2)}
{
Die
\definitionswortenp{Cantor-Menge}{} ist definiert durch
\mathdisp {C= { \left\{ \sum_{i =1}^\infty z_i 3^{-i} \mid z_i \in \{0, 2\} \text { für alle } i \in \N_+ \right\} }} { . }
a) Zeige, dass $C$ \definitionsverweis {überabzählbar}{}{} ist.
b) Zeige, dass $C$ eine \definitionsverweis {Borel-Menge}{}{} ist.
c) Zeige
\mathl{\lambda^1(C)=0}{.}
}
{} {}
\inputaufgabe
{6}
{
Es sei
\mathl{v_1 , \ldots , v_n}{} eine
\definitionsverweis {Basis}{}{}
des $\R^n$. Zeige, dass das von diesen Vektoren erzeugte
\definitionsverweis {Parallelotop}{}{}
einen achsenparallelen Würfel
\zusatzklammer {mit positiver Länge} {} {}
enthält.
}
{} {}
\inputaufgabe
{12}
{
Es sei $\mu$ ein
\definitionsverweis {Maß}{}{} auf dem $\R^n$, das für alle
\definitionsverweis {offenen Bällen}{}{}
\mathl{U { \left( P,r \right) }}{} mit dem
\definitionsverweis {Borel-Lebesgue-Maß}{}{}
übereinstimmt. Zeige
\mavergleichskette
{\vergleichskette
{ \mu
}
{ = }{ \lambda^n
}
{ }{
}
{ }{
}
{ }{
}
}
{}{}{.}
}
{(Für den zweidimensionalen Fall gibt es 10 Punkte.)} {}
\inputaufgabe
{5}
{
Man gebe eine Beispiel für eine
\definitionsverweis {offene Menge}{}{}
\mavergleichskette
{\vergleichskette
{ U
}
{ \subseteq }{ [0,1]
}
{ }{
}
{ }{
}
{ }{
}
}
{}{}{,}
deren
\definitionsverweis {Abschluss}{}{}
das
\definitionsverweis {Einheitsintervall}{}{}
ist, deren
\definitionsverweis {Borel-Lebesgue-Maß}{}{}
aber kleiner als $1$ ist.
}
{} {}
<< | Kurs:Mathematik (Osnabrück 2009-2011)/Teil III | >> |
---|