Versuchen wir doch mal, zu einem konkreten \( x \) eine solche Reihe zu konstruieren. Nehmen wir mal \( x=\frac{2}{3} \).
Wir gehen mal naiv vor.
Für \( n_0 \) würden wir die kleinstmögliche Zahl wählen, für die \( \frac{1}{n_0} < \frac{2}{3} \) ist, also wählen wir \( n_0 = 2 \).
Für \( n_1 \) würden wir dann die kleinstmögliche Zahl wählen, für die \( \frac{1}{2} + \frac{1}{n_1} < \frac{2}{3} \) ist, also wählen wir \( n_1 = 7 \).
Für \( n_2 \) würden wir dann die kleinstmögliche Zahl wählen, für die \( \frac{1}{2} + \frac{1}{7} + \frac{1}{n_2} < \frac{2}{3} \) ist, also wählen wir \( n_2 = 43 \).
Und so würden wir dann immer weitermachen.
Führt uns diese Vorgehensweise wohl zum Ziel?
Student, Punkte: 7.02K
Deine Aufgabe wäre es jetzt, die Vorgehensweise zu verallgemeinern (Also: Wie können die \(a_k\) allgemein definiert werden?) und zu zeigen, dass tatsächlich immer \( \sum_{k=0}^\infty \frac{1}{n_k} = x \) rauskommt. ─ 42 21.11.2021 um 22:33
Du definierst die Folge \( (a_k)_{k \in \mathbb{N}} \) induktiv.
\( n_0 \) definiert man als die kleinstmögliche Zahl (größer als 1), für die \( \frac{1}{n_0} < x \) ist. Also \( n_0 = \min\{ m \in \mathbb{N}_{>1} \ \vert \ \frac{1}{m} < x \} \) (Da \( x \) eine positive Zahl ist, existiert dieses Minimum immer).
Und dann definiert man \( n_{k+1} \) als die kleinstmögliche Zahl (größer als \(n_k\)), für die \( \frac{1}{n_0} + \dots + \frac{1}{n_{k+1}} < x \) ist. Also \( n_{k+1} = \min\{ m \in \mathbb{N}_{> n_k} \ \vert \ \sum_{l=0}^k \frac{1}{n_l} + \frac{1}{m} < x \} \) (Da nach Konstruktion \( \sum_{l=0}^k \frac{1}{n_l} < x \) ist, existiert auch dieses Minimum immer).
Nach Konstruktion gilt dann \( 1 < n_0 < n_1 < n_2 < \dots \).
Deine Aufgabe ist dann jetzt, zu zeigen, dass auch tatsächlich \( \sum_{k=0}^\infty n_k = x \) ist. ─ 42 22.11.2021 um 00:16
Noch eine Frage… wie das für Brüche jetzt geht habe ich verstanden. Würde das für z. B. Wurzel 2 auch so gehen?
Und ich habe mir das alles jetzt notiert aber wie ich von den ganzen konstruierten minimas auf x komme da fehlt mir irgendwie noch das Verständnis ─ anonymf76f7 22.11.2021 um 08:08
Naja, du hast ja jetzt eine Folge \( (n_k)_{k \in \mathbb{N}} \) definiert und diese Folge liefert jetzt eine Folge von Partialsummen \( ( \sum_{k=0}^l \frac{1}{n_k})_{l \in \mathbb{N}} \). Du musst jetzt zeigen, dass letztere Folge gegen \( x \) konvergiert (denn dann gilt ja per Definition \( \sum_{k=0}^\infty \frac{1}{n_k} = x \)). Viel verstehen muss man da eigentlich nicht, sondern einfach nur formal die Konvergenz nachweisen. ─ 42 22.11.2021 um 11:42
Kannst du vielleicht nochmal erläutern, wie man auf diesen Schritt kommt
Also woher das nl und das m kommt
tut mir so leid, aber wir verzeifeln alle an dieser aufgabe ─ anonymf76f7 23.11.2021 um 15:28
─ anonymf76f7 23.11.2021 um 16:05
Jetzt kommt aber eine kleine Enttäuschung: Das gilt leider nur unter der Voraussetzung, dass \( n_l \) echt größer als \( n_{l-1}+1 \) ist.
Wenn \( n_l > n_{l-1}+1 \) ist, dann ist \( n_l \) die kleinste Zahl, für die \( \sum_{k=0}^{l-1} \frac{1}{n_k} + \frac{1}{n_l} < x \) ist. Damit ist dann \( \sum_{k=0}^{l-1} \frac{1}{n_k} + \frac{1}{n_l-1} \ge x \) und somit \( x - \sum_{k=0}^l \frac{1}{n_k} \le \sum_{k=0}^{l-1} \frac{1}{n_k} + \frac{1}{n_l-1} - \sum_{k=0}^l \frac{1}{n_k} = \frac{1}{n_l-1} - \frac{1}{n_l} = \frac{1}{(n_l-1) \cdot n_l} \).
Wenn jedoch \( n_l = n_{l-1}+1 \) ist, dann muss \( n_l \) nicht unbedingt die kleinste Zahl sein, für die \( \sum_{k=0}^{l-1} \frac{1}{n_k} + \frac{1}{n_l} < x \) ist. Dieses Problem taucht zum Beispiel bei \( x=\sqrt{2} \) auf. Da haben wir \( n_0=2 \). Und dann ist die kleinste Zahl für die \( \frac{1}{2} + \frac{1}{m} < 1 \) gilt natürlich die \( 2 \). Wir erhalten jedoch \( n_1 = 3 \), weil \( n_1 \) per Definition größer sein muss als \( n_0 \).
Dieses Problem zu behandeln ist etwas technisch, aber vielleicht kriegst du das ja hin. ─ 42 23.11.2021 um 17:23
Ja, in der Regel schaut man nachher auf solche Aufgaben zurück und fragt sich, was daran eigentlich so schwer war. Aber dann hat man natürlich schon eine gewisse Intuition entwickelt und man hat schon einige Ansätze gesehen, auf denen man aufbauen kann. ─ 42 24.11.2021 um 11:26