Folge eines Integrals

Aufrufe: 872     Aktiv: 05.11.2019 um 17:02

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Hi, 

ich habe leider etwas Probleme bei einer Übungsaufgabe und hoffe, Ihr könnt mir helfen.

Es geht um eine Folge an := Integral von 0 bis (pi/2) von sin^n(x) dx.

 

A)
Im ersten Aufgabenteil soll gezeigt werden, dass a0 = pi/2 , a1 = 1 und an = (n-1)/n *a(n-2)  mit n>=2

ao und a1 zu zeigen ist absolut kein Problem, aber bei "an" tu ich mich leider schwer. Ich wollte es mit einer Induktion über n versuchen, aber ich habe bereits beim Induktionsanfang ziemlich Probleme bei den Umformungen im Integral. Habe es sowohl mit partieller Integration, als auch mit Substitution probiert und weiß nicht weiter..

 

B)
Im zweiten Teil soll gezeigt werden, dass für m>=0 gilt, dass:
     - a(2m) = (pi/2) * Produkt von j =1 bis m ((2j-1)/2j)
     - a(2m+1) = Produkt von j =1 bis m (2j/(2j+1))

Das habe ich beides relativ einfach mit Induktion gelöst. Falls es hier doch einen Kniff gibt, den ich nicht beachtet haben könnte, lasst es mich wissen :D
Hier vielleicht nur die Frage: wie verhält sich das mit dem Produktzeichen für m = 0?
Ist das dann automatisch 1, oder muss ich den Induktionsanfang mit m =1 starten?

 

C)

Im dritten Teil sollte gezeigt werden, dass an monoton fallend ist und der Grenzwert von (an+1)/an =1 ist

Bei der Monotonie habe ich (mal wieder) eine Induktion gemacht. a0>a1 folgt ja aus Teil a)
Hier habe ich als Induktionsvoraussetzung genommen, dass a(n-1) > an (bzw ich werde benutzen a(n-2) > a(n-1))

Dann habe ich durch Umformungen gezeigt, dass an = (1-(1/n)) * a(n-2) und a(n+1) = (1 - (1/(n+1)) ) * a(n-1)
Nun wäre meine Argumentation dass (1-(1/n)) > (1 - (1/(n+1)) ) und a(n-2) nach IV größer ist als a(n-1)

 

Beim Grenzwert tu ich mich auch schwer beim letzten Schritt. Ich habe es soweit umgeformt, dass ich die Gleichung habe: a(n+1) / an =  1/ (1 - (1/n²)) *a(n-1) / a(n-2) , aber weiß nicht, wie ich damit jetzt argumentieren oder weiter umformen soll..

 

D)
Im letzten Teil soll gezeigt werden, dass der Grenzwert von m gegen unendlich vom Produkt von j = 1 bis m von (4j² / (4j²-1) ) = (pi/2) sein soll

Hier weiß ich leider gerade noch gar nicht, wie ich damit umgehen soll :/

 

 

Ich hoffe das ist nicht zu unverständlich mit den Formeln hier; ansonsten probiere ich noch einmal 20 Minuten das ordentlich hinzubekommen mit den Codes, habe damit halt 0 Erfahrung.

 

Vielen lieben Dank schon einmal im Voraus!

Lukas

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Hallo,

zur A) nutze zur Bestimmung des Integrals von \( \sin^2(x) \) die Additionstheoreme.

$$ \sin^2(x) = \frac 1 2 (1- \cos(2x)) $$

Damit ergibt sich das Integral zu

$$ \int_0^{\frac {\pi} 2} \sin^2(x) \mathrm{d}x = \left. - \frac {\sin(2x)-2x} 4 \right|_0^{\frac {\pi} 2} = \frac {\pi} 4 $$

Guck mal ob du die Induktion nun hinbekommst, ansonsten melde dich nochmal :)

B)

Du führst die Induktion über \( m \), also muss der Induktionsschritt

$$ a_{2(m+1)} = a_{2m+2} = \frac {\pi} 2 \prod_{j=1}^{m+1} \frac {2j-1} {2j} $$

sein.

C)

Sieht soweit richtig aus. 

Zum Grenzwert. Sollt ihr nur zeigen das der Grenzwert \( 1 \) ist, oder sollt ihr auch zeigen, das überhaupt ein Grenzwert existiert?

Wenn ihr nur zeigen sollt, das der Grenzwert \( 1 \) ist und die Konvergenz nicht gezeigt werden muss, kannst du folgende Idee nutzen

Da \( a_n \) konvergiert, gilt ab einem bestimmten \( n \) 

$$ a_n = a_{n+1} $$

Wenn wir also \( n \) unendlich groß werden lassen, gilt dadurch automatisch

$$ \frac {a_{n-1}} {a_{n-2}} \to 1 $$

D) 

Denke daran, das du in B) einen Zusammenhang zwischen \( a_{2m} \) und \( a_m \) hergestellt hast. Nutze diesen Zusammenhang um den Grenzwert zu bestimmen.

Versuch dich nochmal etwas. Wenn es nicht klappt, melde dich gerne wieder.

Noch zu Mathjax.

Die wichtigsten Befehle sind denke ich

der Bruch \frac {a} {b} erzeugt

$$ \frac a b $$

die Wurzel \sqrt[n]{m} 

$$ \sqrt[n]{m} $$

die Summe \sum_{k=0}^{n} 

$$ \sum_{k=0}^n $$

das Produkt \prod_{k=0}^{n}

$$ \prod_{k=0}^{n} $$

die Potenz x^{n}

$$ x^n $$

und das Tiefstellen a_{n}

$$ a_n $$

Die geschweiften Klammern kennzeichnen dem Befehl, worauf er sich beziehen soll. Wenn das worauf es sich bezieht nur aus einem Zeichen besteht, kann man die Klammern auch weglassen, zum Beispiel a_n für

$$ a_n $$

Grüße Christian

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Hallo Christian,

danke für die Antwort!

zu a)
Ich bin von der Induktion abgekommen, das war mir zu viel Umgeforme mit dem Integral :D
Ich habe es jetzt mit der partiellen Integration von sin(x)* sin(x)^n-1 geschafft.

bei C)
Alles klar, dann mache ich das so! In der Aufgabenstellung steht nur, dass wir zeigen sollen, dass der Grenzwert 1 ist.

Aber wenn wir direkt sagen können, dass a(n-1) / a(n-2) gegen 1 geht - wieso konnten wir das nicht direkt für a(n+1) / an sagen?


zu D)
Ich habe probiert, das Produkt von den beiden Produkten in b zu nehmen.
Denn diese decken ja zum Einen die geraden natürlich und zum Anderen die ungeraden ab; also im Endeffekt alle..

Allerdings komme ich dann darauf, dass das Produkt von diesen beiden wiederum \frac {pi} {2} erzeugt* \prod_{j=0}^{m} \frac {(4j² -2j)} {(4j²+2j)} und ich sehe nicht wie das zum gewollten Ausdruck werden soll.. :/
  ─   anonym59494 04.11.2019 um 17:56

Zu C) oh ja natürlich. Das kannst du schon für \( \frac {a_{n+1}} {a_n} \) annehmen :D
Unter Voraussetzung dass die Folge konvergiert, gilt dies.

zu D) ich habe es nicht durchgerechnet. Kann ich nachher gerne einmal machen. Ich denke aber der Ansatz sollte folgender sein

$$ a_{2m} = \frac {\pi} 2 \prod_{j=1}^m \frac {2j-1} {2j} \\ \Rightarrow a_{2m} \prod_{j=1}^m \frac {2j} {2j-1} = \frac {\pi} 2 $$

Noch zu Mathjax, das hatte ich vergessen zu erwähnen. Damit der Befehl dargestellt wird, setzt du ihn entweder zwischen \"( \) (ohne ") oder $"$ $$ (wieder ohne "). Das erste bietet sich im Fließtext an, das andere zentriert die Formel.

Grüße Christian
  ─   christian_strack 05.11.2019 um 12:30

Also wenn ich die D so ausrechne, kürzen sich die Produkte nur weg und es steht pi = pi da :D   ─   anonym59494 05.11.2019 um 17:02

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