Lipschitz-Bedingung, L-Konstante bestimmen

Aufrufe: 1779     Aktiv: 06.03.2020 um 12:06

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Guten Abend

Ich hätte Fragen zur folgenden Aufgabe : 

Meine Lösung : 

i) Reicht es hier einfach zu zeigen, dass die Funktion f(x,y) nach y nicht stetig diffbar ist in [-1,1] woraus folgt, dass die Fkt nicht L-stetig sein kann im Intervall und folglich keine Konstante bestimmt werden kann?

ii) Habe ich das korrekt berechnet?

iii) Wie muss ich hier vorgehen? Nach y ableiten wird schwierig / mühsam.

 

Lieben Dank für eure Hilfe :)

 

LG

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Zu i)  Hier reicht es nicht unbedingt zu zeigen, dass f nicht stetig partiell diffbar ist. Es gibt auch nicht stetig differenzierbare Funktionen, die trotzdem Lipschitzstetig sind. (vgl \( f(x) = \vert x \vert \)). Tatsächlich muss die Funktion nur \(\textbf{fast}\) überall differenzierbar sein (vgl Satz von Rademacher).  Hier würde ich einfach einen Punkt in der 0 Fixieren und zeigen, dass der Ausdruck unbeschränkt ist: Wähle also \(y_2 = 0\). Dann bekommen wir:

\(\Big \vert \frac{y_1^{\frac{2}{3}}}{y_1} \Big\vert \leq L  \iff \vert (\frac{1}{y_1})^{\frac{1}{3}}\vert \leq L\). Dass das für \(y_1\) gegen \(0\) unbeschränkt ist, ist denke ich klar.

Zu ii) sieht richtig aus.

Zu iii) Da würde ich zwei Fälle betrachten: einmal \((*)y_1 = 2, y_2 > 2\) und einmal \((**)y_1 = -2, y_2 < -2\). Das sollte reichen, da die Funktionen ansonsten nur verschobene  und gestreckte Betragsfunktionen sind.  Fangen wir dochmal mit \((*)\) an. Dann bekommen wir 

\( \vert x - x \vert3y_2-5\vert\vert \leq L \vert 2-y_2\vert \iff \vert x \vert \vert 1 - \vert 3y_2-5\vert\vert \leq L \vert 2 - y_2\vert \overbrace{\iff}^{y_2 > 2} \vert x\vert \vert 6-3y_2\vert \leq L\vert2-y_2\vert \iff 3\vert x\vert \vert 2-y_2\vert \leq L \vert2-y_2\vert \ \). Damit folgt also, dass mit \(L = 3 \vert x \vert \) die Lipschitzbedingung erfüllt ist.

Für \((**)\) habe ich das noch nicht gemacht, sollte aber so ähnlich funktionieren. Aber vielleicht schaffst du das ja.

Wenn du Fragen haben solltest/nicht weiter kommst, kannst du ja nochmal nachfragen.

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Nochmals vielen Dank für deine schnelle und hilfreiche Antwort. Ich habe bis auf iii) alles verstanden. Wie genau kommst du auf \(y_1 = 2, y_2 > 2\) und \(y_1 = -2, y_2 < -2\). Der Rest sollte dann glaub gehen.   ─   wizzlah 05.03.2020 um 21:12

Ich habs gesehen :-). Du hast die einfach gewählt. (sorry)   ─   wizzlah 05.03.2020 um 21:23

Wie bist du auf diese Wahl gekommen, sodass es dann direkt aufgeht.?   ─   wizzlah 05.03.2020 um 21:27

Naja das sind die einzigen beiden Punkte, in denen die Funktion nicht stetig diffbar sein könnte. Tatsächlich ist diese Funktion aber gar nicht Lipschitzstetig, da sie nichtmal stetig ist in \(y = -2\).
Hier ist ein Plot mit \(x = 0.5\) fixiert: https://www.desmos.com/calculator/mxqfaxxemx
  ─   chrispy 06.03.2020 um 10:13

Jop ich habe es auch bemerkt als ich es ausgerechnet habe. Vielen Dank noch für den Plot!
Und das mit den Punkten macht natürlich Sinn.
  ─   wizzlah 06.03.2020 um 12:06

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