Sätze über stetige Funktionen

Sätze über stetige Funktionen

Sätze über stetige Funktionen

Bestimmung von Nullstellen

!AnaI LinA Ing Skript, p.151

#Satz Zwischenwertsatz - Version für Nullstellen

Sei f:IR stetig auf einem Intervall IR. Sind dann a,bI mit a<b und f(a)<0 und f(b)>0 (oder umgekehrt f(a)>0 und f(b)<0), dann hat f mindestens eine Nullstelle in ]a,b[.
bener Genauigkeit ε wählen wir k so groß, dass (ba)/2k+1<ε.

#Satz Zwischenwertsatz

Sei f:IR stetig auf einem Intervall IR. Sind dann a,bI und c ein Wert zwischen f(a) und f(b), so gibt es mindestens ein ξ[a,b] mit f(ξ)=c.
!AnaI LinA Ing Skript, p.154

Existenz von Extremwerten

#Definition Maximum und Minimum

Sei f:RDR. Dann heißt x0D eine

  1. Maximalstelle (oder Stelle eines Maximums), wenn f(x0)f(x) für alle xD ist. Der Wert f(x0) ist der größte Funktionswert, den f auf D annimmt, und heißt das Maximum von f.
    Bezeichnung: maxxDf(x) oder nur maxf.

  2. Minimalstelle (oder Stelle eines Minimums), wenn f(x0)f(x) für alle xD ist. Der Wert f(x0) ist der kleinste Funktionswert, den f auf D annimmt, und heißt das Minimum von f.
    Bezeichnung: minxDf(x) oder nur minf.

Ein Extremum bezeichnet ein Maximum oder Minimum und eine Extremalstelle ist eine zugehörige Maximal- oder Minimalstelle.

#Definition Infimum und Supremum

Sei f:RDR.

  1. yR{+} ist das Supremum von f, geschrieben y=supxDf(x)=supf, wenn gilt:
    (a) f(x)y für alle xD, d.h. y ist eine obere Schranke, und
    (b) es gibt eine Folge (xn)n in D mit limnf(xn)=y.

  2. yR{} ist das Infimum von f, geschrieben y=infxDf(x)=inff, wenn gilt:
    (a) f(x)y für alle xD, d.h. y ist eine untere Schranke, und
    (b) es gibt eine Folge (xn)n in D mit limnf(xn)=y.

Dabei gilt für das Supremum und das Infimum: Die Folge (xn)n braucht nicht zu konvergieren.

#Satz Existenz vom Minimum und Maximum)

Sei f:[a,b]R stetig. Dann gibt es Stellen xmin,xmax[a,b] mit

f(xmin)f(x)f(xmax)für alle x[a,b],

d.h. f nimmt auf [a,b] Minimum und Maximum an.

Insbesondere sind stetige Funktionen auf kompakten Intervallen beschränkt. Kürzer kann man den Satz wie folgt formulieren.

#Satz Existenz vom Minimum und Maximum

Stetige Funktionen auf kompakten Intervallen besitzen ein Minimum und ein Maximum.