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@@ -5,3 +5,6 @@ Drehstreckungsmatrix
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Cauchy-Riemann
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Cauchy-Riemannschen
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Cosinusfunktion
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Funktionalgleichung
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Exponentialabbildung
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Quotientengruppe
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@@ -260,14 +260,20 @@ auf der Teilmenge $ℂ^* ⊂ ℂ$ eine stetige Wurzelfunktion geben kann.
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\section{Die Exponentialfunktion}
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\sideremark{Vorlesung 2}In der Vorlesung ``Analysis'' wurden Folgen und
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Grenzwerte in $ℂ = ℝ²$ ausführlich betrachtet.
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\sideremark{Vorlesung 2}In der Vorlesung „Analysis“ wurden Folgen und Grenzwerte
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in $ℂ = ℝ²$ ausführlich betrachtet.
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\begin{erinnerung}[Konvergenz von Folgen und Reihen]
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\begin{erinnerung}[Konvergenz von Folgen]
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Eine Folge von komplexen Zahlen, $(z_n)_{n ∈ ℕ}$, mit $z_n = x_n + i · y_n$
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konvergiert genau dann (absolut), wenn die Folge $x_n$ der Realteile und die
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Folge $y_n$ der Imaginärteile jeweils einzeln (absolut) konvergieren. Analoges
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gilt für Reihen $\sum_{n=0}^{∞} z_n$.
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konvergiert genau dann, wenn die Folge $x_n$ der Realteile und die Folge $y_n$
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der Imaginärteile jeweils einzeln konvergieren.
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\end{erinnerung}
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\begin{erinnerung}[Konvergenz von Reihen]
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Eine Reihe von komplexen Zahlen, $\sum_{n=0}^∞ z_n$, mit $z_n = x_n + i · y_n$
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konvergiert genau dann (absolut), wenn die Folge $\sum_{n=0}^∞ x_n$ der
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Realteile und die Folge $\sum_{n=0}^∞ y_n$ der Imaginärteile jeweils einzeln
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(absolut) konvergieren.
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\end{erinnerung}
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\begin{erinnerung}[Stetigkeit]
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@@ -280,7 +286,7 @@ Das wichtigste Beispiel für Reihen war die Exponentialfunktion.
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\begin{proposition}[Exponentialreihe]
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Für jede komplexe Zahl $z ∈ ℂ$ konvergiert die Reihe
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\[
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\sum_{k=0}^{∞} \frac{z^k}{k!}
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\sum_{k=0}^∞ \frac{z^k}{k!}
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\]
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absolut.
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\end{proposition}
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@@ -293,13 +299,13 @@ Das wichtigste Beispiel für Reihen war die Exponentialfunktion.
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\]
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Verwende jetzt dieselbe Argumentation wie bei der Diskussion der
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Exponentialreihe in Analysis I/II. Alternativ: verwende das
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Majorantenkriterium mit Reihe $\sum \frac{1}{k!} |z|^k$..
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Majorantenkriterium mit Reihe $\sum \frac{1}{k!} |z|^k$.
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\end{proof}
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\begin{notation}[Exponentialfunktion]
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Die Abbildung
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\[
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\exp : ℂ → ℂ, \quad z ↦ \sum_{k=0}^{∞} \frac{z^k}{k!}
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\exp : ℂ → ℂ, \quad z ↦ \sum_{k=0}^∞ \frac{z^k}{k!}
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\]
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wird als komplexe Exponentialfunktion\index{Exponentialfunktion} bezeichnet.
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\end{notation}
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@@ -309,7 +315,7 @@ Das wichtigste Beispiel für Reihen war die Exponentialfunktion.
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\begin{beobachtung}[Komplexe Exponentialfunktion an reellen Stellen]
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Für reelle Zahlen $z$ stimmt die komplexe Exponentialfunktion mit der reellen
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Exponentialfunktion überein, die wir aus der Vorlesung ``Analysis'' kennen.
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Exponentialfunktion überein, die wir aus der Vorlesung „Analysis“ kennen.
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\end{beobachtung}
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\begin{beobachtung}[Komplexe Exponentialfunktion an rein imaginären Stellen]
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@@ -320,8 +326,8 @@ Das wichtigste Beispiel für Reihen war die Exponentialfunktion.
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\end{align*}
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\end{beobachtung}
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\begin{proof}
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Vergleiche die Exponentialreihe $\sum_{k=0}^{∞} \frac{(i·α)^k}{k!} =
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\sum_{k=0}^{∞} \frac{i^k · z^k}{k!}$ mit den bekannten Reihen für Sinus und
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Vergleiche die Exponentialreihe $\sum_{k=0}^∞ \frac{(i·α)^k}{k!} =
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\sum_{k=0}^∞ \frac{i^k · z^k}{k!}$ mit den bekannten Reihen für Sinus und
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Cosinus. Beachte, dass
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\[
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i^k =
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@@ -395,9 +401,9 @@ Eigenschaften der komplexen Exponentialfunktion nach.
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\subsection{Die geometrische Bedeutung der Exponentialfunktion}
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Gegeben irgendeine komplexe Zahl $z = x + i·y$, dan ist
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Gegeben irgendeine komplexe Zahl $z = x + i·y$, dann ist
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\[
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\exp(z) = \exp(x + i·y) = \exp(x) · \exp(iy) = \exp(x) · (\cos y + i \sin y)
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\exp(z) = \exp(x + i·y) = \exp(x) · \exp(iy) = \exp(x) · (\cos y + i \sin y).
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\]
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Damit ist die geometrische Bedeutung der Exponentialfunktion klar: $\exp(x +
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iy)$ ist die eindeutig bestimmte Zahl mit Betrag $|\exp z| = \exp x > 0$ und
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@@ -440,9 +446,9 @@ Argument $\arg (\exp z) = y$.
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\subsection{Komplexe Logarithmen}
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Konsequenez~\ref{kons:1-2-13} impliziert, dass jede komplexe Zahl $z ∈ ℂ^*$
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einen Logarithmus hat, also eine Zahl $w$ mit $\exp(w) = z$. Aber: Genau wie
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bei der Quadratwurzel gibt es keine stetige Logarithmusfunktion
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Konsequenz~\ref{kons:1-2-13} impliziert, dass jede komplexe Zahl $z ∈ ℂ^*$ einen
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Logarithmus hat, also eine Zahl $w$ mit $\exp(w) = z$. Aber: Genau wie bei der
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Quadratwurzel gibt es keine stetige Logarithmusfunktion
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\begin{lem}[Nichtexistenz einer stetigen Logarithmusfunktion]\label{lem:1-2-15}%
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Es sei $\log : ℂ^* → ℂ$ eine Funktion, sodass für alle $z ∈ ℂ^*$ gilt: $\exp
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@@ -458,7 +464,7 @@ bei der Quadratwurzel gibt es keine stetige Logarithmusfunktion
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\[
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\log: ℂ^* → ℂ, \quad z ↦ \begin{pmatrix} \ln |z| \\ \arg z \end{pmatrix}
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\]
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wird in der Literatur also ``Hauptzweig des Logarithmus''\index{Hauptzweig des
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wird in der Literatur also „Hauptzweig des Logarithmus“\index{Hauptzweig des
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Logarithmus} bezeichnet.
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\end{notation}
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@@ -480,6 +486,5 @@ Konsequenz~\ref{kons:1-2-14} sagt, was der Kern des Gruppenmorphismus ist,
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\ker \exp = (2π i) · ℤ ⊂ ℂ.
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\]
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% !TEX root = LineareAlgebra2
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% !TEX root = Funktionentheorie
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@@ -411,8 +411,8 @@ es gelten die üblichen Formeln für die Ableitung.
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Es sei
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\begin{align*}
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\bH & := \{z ∈ ℂ \mid \text{Im}(z) > 0\} && \text{die ``obere Halbebene''} \\
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S & := \{z ∈ ℂ \mid \text{Im}(z) ≠ 0 \text{ oder } \text{Re}(z) ≤ 0\} && \text{die ``geschlitzte Ebene''.}
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\bH & := \{z ∈ ℂ \mid \text{Im}(z) > 0\} && \text{die „obere Halbebene“} \\
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S & := \{z ∈ ℂ \mid \text{Im}(z) ≠ 0 \text{ oder } \text{Re}(z) ≤ 0\} && \text{die „geschlitzte Ebene“.}
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\end{align*}
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||||
\index{obere Halbebene}\index{geschlitzte Ebene}Dann ist die Abbildung
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\[
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@@ -448,5 +448,5 @@ holomorph mit Ableitung
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Ist das nicht ein Widerspruch zu Lemma~\vref{lem:1-2-15}?
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\end{frage}
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% !TEX root = LineareAlgebra2
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% !TEX root = Funktionentheorie
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