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(Darstellungssätze für Integrale und Ableitungen)
 
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= Willkommen bei MWiki =
 
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== Satz des Monats ==
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== Sätze des Monats ==
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=== EW-Verfahren ===
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=== Definition ===
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Satz: Ist <math>A \in {}^{\nu}\mathbb{Q}^{n \times n}</math> in dem linearen Gleichungssystem (LGS) <math>Ax = b \in {}^{\nu}\mathbb{Q}^{n}</math> mit <math>n \in {}^{\nu}\mathbb{N}^*</math> regulär, berechnet das ''Einheitswurzelverfahren (<math>EW</math>-Verfahren)'' <math>x \in {}^{\nu}\mathbb{Q}^{n}</math> in <math>\mathcal{O}(n^2)</math>..
 
  
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=== Beweis und Algorithmus ===
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Seien <math>f_n^*(z) = f(\eta_nz)</math> die <em>Schwestern</em> zur Taylorreihe <math>f(z) \in \mathcal{O}(\mathbb{D})</math> um 0 auf dem Gebiet <math>\mathbb{D} \subseteq {}^{\omega}\mathbb{C}</math>  mit <math>m, n \in {}^{\omega}\mathbb{N}^{*}</math> und <math>\eta_n^m := \underline{1}^{2^{\lceil m/n \rceil}}</math> sowie <math>\delta_n^*f = \tilde{2}(f - f_n^*)</math> die <em>halben Schwesterabstände</em> von <math>f</math>. Mit <math>\mu_n^m := m!n!/(m + n)!</math> bilden <math>\mu</math> und <math>\eta</math> einen eigenen auf Ebene der Taylorreihen auflösbaren Kalkül, der eine einfache und endliche geschlossene Darstellung von Integralen und Ableitungen erlaubt.<math>\triangle</math>
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Seien <math>R_1 := (r_{1jk}) = (r_{1kj}) = R_1^T \in {}^{\nu}\mathbb{C}^{n \times n}, n \in {}^{\nu}2\mathbb{N}^*, r_{11k} := 1</math> und für <math>j &gt; 1</math> sowie <math>n_{jk} := j + k - 3</math> sowohl <math>r_{1jk} := \hat{n}e^{i\tau n_{jk}/n}</math> mit  <math>n_{jk} &lt; n</math> als auch <math>r_{1jk} := \hat{n}e^{i\tau(n_{jk} - \acute{n})/n}</math> mit <math>n_{jk} \ge n</math>. Durch Vertauschung der ersten Zeile bzw. Spalte mit der <math>j</math>-ten und entsprechender Vertauschung der übrigen Zeilen und Spalten entstehen die Matrizen <math>R_j = R_j^T</math> mit <math>j &gt; 1</math>. Sei <math>\delta_{jk}</math> das Kronecker-Delta und <math>A := (a_{jk})</math>.
 
  
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Folgt <math>a_{jk} \le 0</math> für mindestens ein Paar <math>(j, k)</math>, so werden die Summe <math>s_0 := \sum\limits_{j=1}^m{b_j\varepsilon^j}</math> mit einer beliebigen transzendenten Zahl <math>\varepsilon</math> und <math>s_k := \sum\limits_{j=1}^m{a_{jk}\varepsilon^j} \ne 0</math> für alle <math>k</math> gebildet. Für <math>s_k &lt; 0</math> wird <math>x_k</math> durch <math>-x_k</math> ersetzt. Ein Vielfaches von <math>s^Tx</math> bzw. <math>s_0</math> wird so zu <math>Ax = b</math> addiert, dass <math>a_{jk} > 0</math> für alle <math>(j, k)</math> gilt. O. B. d. A. sei <math>b_j = 1</math> für alle <math>j</math>. Für <math>D_j := (d_{jk}), d_{jk} = \delta_{jk}⁄a_{jk}, C_j := D_j R_j</math> und <math>x_k^{(0)} := \hat{n}/ \max_j a_{jk}</math> sei <math>x^{(\grave{m})} = x^{(m)} + C_j^{-1}(b - Ax^{\prime(m)}).\square</math>
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=== Darstellungssatz für Integrale ===
  
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=== Korollar ===
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Die Taylorreihe (s. u.) <math>f(z) \in \mathcal{O}(\mathbb{D})</math> um 0 auf <math>\mathbb{D} \subseteq {}^{\omega}\mathbb{C}</math> ergibt mit <math>\grave{m}, n \in {}^{\omega}\mathbb{N}^*</math><div style="text-align:center;"><math>{\uparrow}_0^z...{\uparrow}_0^{\zeta_2}{f(\zeta_1){\downarrow}\zeta_1\;...\;{\downarrow}\zeta_n} = \widetilde{n!} f(z\mu_n) z^n.\square</math></div>
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Das EW-Verfahren kann jeden Eigenwert und -vektor von <math>Ax = \lambda x \in {}^{\nu}\mathbb{Q}^{n} + {}^{\nu}\mathbb{Q}^{n}</math> für <math>n \in {}^{\nu}2\mathbb{N}^*, \lambda \in {}^{\nu}\mathbb{Q}+ {i}^{\nu}\mathbb{Q}</math> und <math>A \in {}^{\nu}\mathbb{Q}^{n \times n}</math> mit dem Ansatz <math>x^{\prime(\grave{m})} = C_j^{-1}AC_j x^{\prime(m)}</math> in <math>\mathcal{O}(n^2)</math> bestimmen.<math>\square</math>
 
  
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'''Bemerkung:''' Die Erweiterung auf komplexe <math>A</math> und <math>b</math> ist einfach.
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=== Darstellungssatz für Ableitungen ===
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Mit <math>{}^{\widetilde{\nu}}\dot{\mathbb{C}} \subset \mathbb{D} \subseteq {}^{\omega}\mathbb{C}</math> ergeben die Taylorreihe<div style="text-align:center;"><math>f(z):=f(0) + {\LARGE{\textbf{+}}}_{m=1}^{\omega }{\widetilde{m!}\,{{f}^{(m)}}(0){z^m}},</math></div><math>\varepsilon := \tilde{2}^j\tilde{r}, j \in {}^{\omega}\mathbb{Z}, n = \epsilon^{\sigma} \in {}^{\omega}\mathbb{N}^{*}, u :=\epsilon^{\tilde{n} \hat{\underline{\pi}}}</math> und der Konvergenzradius <math>r \in {}^{\nu}{\mathbb{R}}_{&gt;0}</math> von <math>f</math><div style="text-align:center;"><math>{{f}^{(n)}}(0)=2^{jn}\acute{n}!{\LARGE{\textbf{+}}}_{k=1}^{n}{\delta_n^* f(\tilde{2}^j u^k)}.</math></div>
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==== Beweis: ====
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Satz von Taylor<ref name="Remmert">[[w:Reinhold Remmert|<span class="wikipedia">Remmert, Reinhold</span>]]: ''Funktionentheorie 1'' : 3., verb. Aufl.; 1992; Springer; Berlin; ISBN 9783540552338, S. 165 f.</ref> und die Eigenschaften der Einheitswurzeln.<math>\square</math>
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== Einzelnachweis ==
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<references />
  
 
== Leseempfehlung ==
 
== Leseempfehlung ==

Aktuelle Version vom 31. März 2024, 22:58 Uhr

Willkommen bei MWiki

Sätze des Monats

Definition

Seien [math]\displaystyle{ f_n^*(z) = f(\eta_nz) }[/math] die Schwestern zur Taylorreihe [math]\displaystyle{ f(z) \in \mathcal{O}(\mathbb{D}) }[/math] um 0 auf dem Gebiet [math]\displaystyle{ \mathbb{D} \subseteq {}^{\omega}\mathbb{C} }[/math] mit [math]\displaystyle{ m, n \in {}^{\omega}\mathbb{N}^{*} }[/math] und [math]\displaystyle{ \eta_n^m := \underline{1}^{2^{\lceil m/n \rceil}} }[/math] sowie [math]\displaystyle{ \delta_n^*f = \tilde{2}(f - f_n^*) }[/math] die halben Schwesterabstände von [math]\displaystyle{ f }[/math]. Mit [math]\displaystyle{ \mu_n^m := m!n!/(m + n)! }[/math] bilden [math]\displaystyle{ \mu }[/math] und [math]\displaystyle{ \eta }[/math] einen eigenen auf Ebene der Taylorreihen auflösbaren Kalkül, der eine einfache und endliche geschlossene Darstellung von Integralen und Ableitungen erlaubt.[math]\displaystyle{ \triangle }[/math]

Darstellungssatz für Integrale

Die Taylorreihe (s. u.) [math]\displaystyle{ f(z) \in \mathcal{O}(\mathbb{D}) }[/math] um 0 auf [math]\displaystyle{ \mathbb{D} \subseteq {}^{\omega}\mathbb{C} }[/math] ergibt mit [math]\displaystyle{ \grave{m}, n \in {}^{\omega}\mathbb{N}^* }[/math]

[math]\displaystyle{ {\uparrow}_0^z...{\uparrow}_0^{\zeta_2}{f(\zeta_1){\downarrow}\zeta_1\;...\;{\downarrow}\zeta_n} = \widetilde{n!} f(z\mu_n) z^n.\square }[/math]

Darstellungssatz für Ableitungen

Mit [math]\displaystyle{ {}^{\widetilde{\nu}}\dot{\mathbb{C}} \subset \mathbb{D} \subseteq {}^{\omega}\mathbb{C} }[/math] ergeben die Taylorreihe

[math]\displaystyle{ f(z):=f(0) + {\LARGE{\textbf{+}}}_{m=1}^{\omega }{\widetilde{m!}\,{{f}^{(m)}}(0){z^m}}, }[/math]

[math]\displaystyle{ \varepsilon := \tilde{2}^j\tilde{r}, j \in {}^{\omega}\mathbb{Z}, n = \epsilon^{\sigma} \in {}^{\omega}\mathbb{N}^{*}, u :=\epsilon^{\tilde{n} \hat{\underline{\pi}}} }[/math] und der Konvergenzradius [math]\displaystyle{ r \in {}^{\nu}{\mathbb{R}}_{>0} }[/math] von [math]\displaystyle{ f }[/math]

[math]\displaystyle{ {{f}^{(n)}}(0)=2^{jn}\acute{n}!{\LARGE{\textbf{+}}}_{k=1}^{n}{\delta_n^* f(\tilde{2}^j u^k)}. }[/math]

Beweis:

Satz von Taylor[1] und die Eigenschaften der Einheitswurzeln.[math]\displaystyle{ \square }[/math]

Einzelnachweis

  1. ↑ Remmert, Reinhold: Funktionentheorie 1 : 3., verb. Aufl.; 1992; Springer; Berlin; ISBN 9783540552338, S. 165 f.

Leseempfehlung

Nichtstandardmathematik

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