Analysis 1 (Springer-Lehrbuch) (German Edition) - Brossura

Zorich, Vladimir A.

Brossura

ISBN 10: 3540332774 ISBN 13: 9783540332770

Casa editrice: Springer, 2006

Riassunto

Ausführlicher Einblick in die Anfänge der Analysis: von der Einführung der reellen Zahlen bis hin zu fortgeschrittenen Themen wie Differentialformen auf Mannigfaltigkeiten, asymptotische Betrachtungen, Fourier-, Laplace- und Legendre-Transformationen, elliptische Funktionen und Distributionen. Ausgerichtet auf naturwissenschaftliche Fragestellungen und in detaillierter Herangehensweise an die Integral- und Differentialrechnung. Mit einer Fülle hilfreicher Beispiele, Aufgaben und Anwendungen. In Band 1: vollständige Übersicht zur Integral- und Differentialrechnung einer Variablen, erweitert um die Differentialrechnung mehrerer Variablen.

Su questo libro

Recensione

Aus den Rezensionen der englischen Ausgabe:

"Diese profunde Einführung [Math.Analysis I und II] in die Analysis sollte in keiner mathematischen Bibliothek fehlen, selbst bei budgetären Restriktionen, trotz der Überfülle an Einführungsbüchern. Eine genaue, bewußte Lektüre dieses profunden Werks könnte mögliche künftige Autoren mittelmäßiger Analysisbücher vielleicht abschrecken.

[...]Meisterhaft wird hier intuitives Verstehen gefördert, vermittelt durch anschauliche geometrische Denkweisen, heuristische Ideen und induktive Vorgangsweisen, ohne Exaktheitsansprüche hintanzustellen oder konkrete Details oder Anwendungen auch nur ansatzweise zu vernachlässigen. Der Aufbau ist in vieler Hinsicht ungewöhnlich, eröffnet frühe Einblicke und Weitblicke und regt zum Denken an [...], ist auch der historischen Entwicklung angemessen und bietet eine wichtige Alternative zu den vielen "eleganten" Zugängen, bei denen die Vermittlung wichtiger nötiger Entwicklungsschritte für ein aktives Verständnis zu kurz kommt.

Der umfassende, Nachbardisziplinen laufend berührende Zugang trägt reiche Früchte, ebenso die facettenreiche Fülle an Erklärungen der Wurzeln und Essenz der grundlegenden Konzepte und Resultate, die Beschreibungen von Zusammenhängen und Ausblicke auf weitere Entwicklungen mit vielen in Einführungsbüchern leider eher unüblichen Anwendungen und Querbezügen [...]. Man erwirbt mit diesem Werk zusätzlich ein vollständiges, umfangreiches und wertvolles "Problem-Buch". Bei aller reichhaltiger Fülle stellt sich die Mathematik hier aber immer als eine Einheit dar, in ihrer auf den heutigen Stellenwert Bezug nehmenden historischen und philosophischen Entwicklung, geprägt durch, an passender Stelle kompetent gewürdigte, bedeutende große schöpferische Persönlichkeiten. [...] Dieses vorzügliche Werk atmet den Geist einer bewunderungswürdigen, vielschichtigen Forscher- und Lehrerpersönlichkeit."

H.Rindler, Monatshefte für Mathematik 146, Issue 4, 2005

"Die vorliegenden zwei Bände sind die englische Übersetzung eines russischen Werkes, das bereits Anfang der achtziger Jahre erschienen ist und inzwischen bereits zum vierten Mal aufgelegt wurde. Die Bücher beinhalten auf über 1200 Seiten die klassische Analysis in einer zeitgemäßen Darstellung sowie Querverbindungen zu Algebra, Differenzailgleichungen, Differenzialgeometrie, komplexe Analysis und Funktionalanlaysis. Addressaten sind Studenten (und Lehrende), die neben einer strengen mathematischen Theorie auch konkrete Anwendungen suchen...

Dieses ausgezeichnete Werk kann Studienanfängern und fortgeschrittenen Studierenden uneingeschränkt empfohlen werden, aber auch Lehrende werden viele Anregungen darin finden."

M.Kronfellner (Wien), IMN - Internationale Mathematische Nachrichten 59, Issue 198, 2005, S. 36-37 

 

Aus den Rezensionen:

"Der umfangreiche Band enthält den ... Stoff einer Analysisvorlesung ... Viel Raum wird ... der Behandlung der Grundlagen gewidmet. ... Im weiteren Verlauf beleben dann immer wieder naturwissenschaftliche und technische Anwendungen die mathematische Theorie. Jeder Abschnitt endet mit Aufgabenstellungen. Bei aller mathematischen Strenge sind die Ausführungen verständlich und vermeiden nicht unbedingt erforderliche abstrakte Ausweitungen ... Empfehlenswert als Begleitlektüre zum Studium."

(Wolfgang Grölz, in: ekz-Informationsdienst Einkaufszentrale für öffentliche Bibliotheken, 2006, Issue 52)

Contenuti

Inhaltsverzeichnis

1 Allgemeine mathematische Begriffe und Schreibweisen . . . . . 1

1.1 Logische Symbole . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1

1.1.1 Bindew¨orter und Klammern . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1

1.1.2 Hinweise zu Beweisen . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 3

1.1.3 Einige besondere Schreibweisen. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 3

1.1.4 Abschließende Anmerkungen . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 3

1.1.5 ¨Ubungen . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 4

1.2 Mengen und elementare Mengenoperationen . . . . . . . . . . . . . . . . 5

1.2.1 Der Begriff einer Menge . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 5

1.2.2 Teilmengen . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 7

1.2.3 Elementare Mengenoperationen . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 9

1.2.4 ¨Ubungen . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 11

1.3 Funktionen . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 12

1.3.1 Der Begriff einer Funktion (Abbildung) . . . . . . . . . . . . . . 12

1.3.2 Elementare Klassifizierung von Abbildungen . . . . . . . . . . 17

1.3.3 Zusammengesetzte Funktionen. Inverse Abbildungen . . . 18

1.3.4 Funktionen als Relationen. Der Graph einer Funktion . . 20

1.3.5 ¨Ubungen . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 24

1.4 Erg¨anzungen . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 27

1.4.1 Die M¨achtigkeit einer Menge (Kardinalzahlen) . . . . . . . . 27

1.4.2 Axiome der Mengenlehre . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 29

1.4.3 S¨atze in der Sprache der Mengenlehre . . . . . . . . . . . . . . . . 31

1.4.4 ¨Ubungen . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 33

2 Die reellen Zahlen . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 37

2.1 Axiome und Eigenschaften der reellen Zahlen . . . . . . . . . . . . . . . 38

2.1.1 Definition der Menge der reellen Zahlen . . . . . . . . . . . . . . 38

2.1.2 Algebraische Eigenschaften der reellen Zahlen . . . . . . . . . 42

2.1.3 Das Vollst¨andigkeitsaxiom. Die kleinste obere Schranke 46

2.2 Klassen reeller Zahlen und Berechnungen . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 49

2.2.1 Die nat¨urlichen Zahlen. Mathematische Induktion . . . . . 49

XVI Inhaltsverzeichnis

2.2.2 Rationale und irrationale Zahlen . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 52

2.2.3 Das archimedische Prinzip . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 55

2.2.4 Geometrische Interpretation. Gesichtspunkte beim

Rechnen . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 57

2.2.5 ¨Ubungen und Aufgaben . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 70

2.3 Wichtige S¨atze zur Vollst¨andigkeit . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 74

2.3.1 Der Satz zur Intervallschachtelung . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 74

2.3.2 Der Satz zur endlichen ¨Uberdeckung . . . . . . . . . . . . . . . . . 75

2.3.3 Der Satz vom H¨aufungspunkt . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 76

2.3.4 ¨Ubungen und Aufgaben . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 77

2.4 Abz¨ahlbare und ¨uberabz¨ahlbare Mengen . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 78

2.4.1 Abz¨ahlbare Mengen . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 78

2.4.2 Die M¨achtigkeit des Kontinuums . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 80

2.4.3 ¨Ubungen und Aufgaben . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 81

3 Grenzwerte . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 83

3.1 Der Grenzwert einer Folge . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 84

3.1.1 Definitionen und Beispiele . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 84

3.1.2 Eigenschaften des Grenzwertes einer Folge . . . . . . . . . . . . 86

3.1.3 Existenz des Grenzwertes einer Folge . . . . . . . . . . . . . . . . 90

3.1.4 Elementares zu Reihen . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 99

3.1.5 ¨Ubungen und Aufgaben . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 109

3.2 Der Grenzwert einer Funktion . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 112

3.2.1 Definitionen und Beispiele . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 112

3.2.2 Eigenschaften des Grenzwertes einer Funktion . . . . . . . . . 116

3.2.3 Grenzwert auf einer Basis . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 132

3.2.4 Existenz des Grenzwertes einer Funktion . . . . . . . . . . . . . 137

3.2.5 ¨Ubungen und Aufgaben . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 153

4 Stetige Funktionen . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 157

4.1 Wichtige Definitionen und Beispiele . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 157

4.1.1 Stetigkeit einer Funktion in einem Punkt . . . . . . . . . . . . . 157

4.1.2 Unstetigkeitsstellen . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 162

4.2 Eigenschaften stetiger Funktionen . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 165

4.2.1 Lokale Eigenschaften . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 165

4.2.2 Globale Eigenschaften stetiger Funktionen . . . . . . . . . . . . 167

4.2.3 ¨Ubungen und Aufgaben . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 176

5 Differentialrechnung . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 181

5.1 Differenzierbare Funktionen . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 181

5.1.1 Problemstellung und einleitende Betrachtungen . . . . . . . 181

5.1.2 In einem Punkt differenzierbare Funktionen . . . . . . . . . . . 186

5.1.3 Tangenten und geometrische Interpretation der

Ableitung . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 189

5.1.4 Die Rolle des Koordinatensystems . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 192

Inhaltsverzeichnis XVII

5.1.5 Einige Beispiele . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 194

5.1.6 ¨Ubungen und Aufgaben . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 200

5.2 Wichtige Ableitungsregeln . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 201

5.2.1 Differentiation und arithmetische Operationen . . . . . . . . 201

5.2.2 Differentiation einer verketteten Funktion (Kettenregel) 205

5.2.3 Differentiation einer inversen Funktion . . . . . . . . . . . . . . . 208

5.2.4 Ableitungstabelle der Elementarfunktionen . . . . . . . . . . . 213

5.2.5 Differentiation einer sehr einfachen impliziten Funktion 213

5.2.6 Ableitungen h¨oherer Ordnung . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 218

5.2.7 ¨Ubungen und Aufgaben . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 222

5.3 Die zentralen S¨atze der Differentialrechnung . . . . . . . . . . . . . . . . 223

5.3.1 Der Satz von Fermat und der Satz von Rolle . . . . . . . . . . 223

5.3.2 Der Mittelwertsatz und der Satz von Cauchy. . . . . . . . . . 225

5.3.3 Die Taylorschen Formeln . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 229

5.3.4 ¨Ubungen und Aufgaben . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 242

5.4 Differentialrechnung zur Untersuchung von Funktionen . . . . . . . 246

5.4.1 Bedingungen f¨ur die Monotonie einer Funktion . . . . . . . . 246

5.4.2 Bedingungen f¨ur ein inneres Extremum einer Funktion . 247

5.4.3 Bedingungen f¨ur die Konvexit¨at einer Funktion . . . . . . . 253

5.4.4 Die Regel von L’Hˆopital . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 261

5.4.5 Das Konstruieren von Graphen von Funktionen . . . . . . . 263

5.4.6 ¨Ubungen und Aufgaben . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 272

5.5 Komplexe Zahlen und Elementarfunktionen . . . . . . . . . . . . . . . . . 276

5.5.1 Komplexe Zahlen . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 276

5.5.2 Konvergenz in C und Reihen mit komplexen Gliedern . . 280

5.5.3 Eulersche Formel und Elementarfunktionen . . . . . . . . . . . 285

5.5.4 Analytischer Zugang zur Potenzreihendarstellung . . . . . . 288

5.5.5 Algebraische Abgeschlossenheit des K¨orpers C . . . . . . . . 293

5.5.6 ¨Ubungen und Aufgaben . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 300

5.6 Beispiele zur Differentialrechnung in den Naturwissenschaften . 301

5.6.1 Bewegung eines K¨orpers mit ver¨anderlicher Masse . . . . . 302

5.6.2 Die barometrische H¨ohenformel . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 304

5.6.3 Radioaktiver Zerfall und Kernreaktoren . . . . . . . . . . . . . . 306

5.6.4 In der Atmosph¨are fallende K¨orper . . . . . . . . . . . . . . . . . . 308

5.6.5 Die Zahl e und ein erneuter Blick auf exp x . . . . . . . . . . . 310

5.6.6 Schwingungen . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 313

5.6.7 ¨Ubungen und Aufgaben . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 316

5.7 Stammfunktionen . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 320

5.7.1 Stammfunktionen und das unbestimmte Integral . . . . . . 321

5.7.2 Allgemeine Methoden zur Bestimmung einer

Stammfunktion . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 323

5.7.3 Stammfunktionen rationaler Funktionen . . . . . . . . . . . . . . 329

5.7.4 Stammfunktionen der Form R R(cos x, sin x) dx . . . . . . . . 333

5.7.5 Stammfunktionen der Form R R(x, y(x)) dx . . . . . . . . . . . 335

5.7.6 ¨Ubungen und Aufgaben . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 338

XVIII Inhaltsverzeichnis

6 Integralrechnung . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 345

6.1 Definition des Integrals . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 345

6.1.1 Problemstellung und einf¨uhrende Betrachtungen . . . . . . 345

6.1.2 Definition des Riemannschen Integrals . . . . . . . . . . . . . . . 347

6.1.3 Die Menge der integrierbaren Funktionen . . . . . . . . . . . . . 349

6.1.4 ¨Ubungen und Aufgaben . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 363

6.2 Linearit¨at, Additivit¨at und Monotonie des Integrals . . . . . . . . . . 365

6.2.1 Das Integral als lineare Funktion auf dem Raum R[a, b] 365

6.2.2 Das Integral als eine additive Intervallfunktion . . . . . . . . 365

6.2.3 Absch¨atzung, Monotonie und Mittelwertsatz . . . . . . . . . . 368

6.2.4 ¨Ubungen und Aufgaben . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 376

6.3 Das Integral und die Ableitung . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 377

6.3.1 Das Integral und die Stammfunktion . . . . . . . . . . . . . . . . . 377

6.3.2 Fundamentalsatz der Integral- und Differentialrechnung 380

6.3.3 Partielle Integration und Taylorsche Formel . . . . . . . . . . . 381

6.3.4 ¨Anderung der Variablen in einem Integral . . . . . . . . . . . . 383

6.3.5 Einige Beispiele . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 385

6.3.6 ¨Ubungen und Aufgaben . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 390

6.4 Einige Anwendungen der Integralrechnung . . . . . . . . . . . . . . . . . . 393

6.4.1 Additive Intervallfunktionen und das Integral . . . . . . . . . 393

6.4.2 Bogenl¨ange . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 395

6.4.3 Die Fl¨ache eines krummlinigen Trapezes . . . . . . . . . . . . . . 402

6.4.4 Volumen eines Drehk¨orpers . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 404

6.4.5 Arbeit und Energie . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 404

6.4.6 ¨Ubungen und Aufgaben . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 411

6.5 Uneigentliche Integrale . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 413

6.5.1 Definition, Beispiele und wichtige Eigenschaften . . . . . . . 413

6.5.2 Konvergenz eines uneigentlichen Integrals . . . . . . . . . . . . 418

6.5.3 Uneigentliche Integrale mit mehr als einer Singularit¨at . 425

6.5.4 ¨Ubungen und Aufgaben . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 428

7 Funktionen mehrerer Variabler . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 431

7.1 Der Raum Rm und seine Unterr¨aume . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 432

7.1.1 Die Menge Rm und der Abstand in dieser Menge . . . . . . 432

7.1.2 Offene und abgeschlossene Mengen in Rm . . . . . . . . . . . . 433

7.1.3 Kompakte Mengen in Rm . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 436

7.1.4 ¨Ubungen und Aufgaben . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 438

7.2 Grenzwerte und Stetigkeit von Funktionen mehrerer Variabler . 438

7.2.1 Der Grenzwert einer Funktion . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 438

7.2.2 Stetigkeit einer Funktion mehrerer Variabler . . . . . . . . . . 444

7.2.3 ¨Ubungen und Aufgaben . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 449

Inhaltsverzeichnis XIX

8 Differentialrechnung mit Funktionen mehrerer Variabler . . . 451

8.1 Die lineare Struktur auf Rm . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 451

8.1.1 Rm als Vektorraum . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 451

8.1.2 Lineare Transformationen L : Rm ! Rn . . . . . . . . . . . . . . 452

8.1.3 Die Norm in Rm . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 453

8.1.4 Die euklidische Struktur auf Rm . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 455

8.2 Das Differential einer Funktion mehrerer Variabler . . . . . . . . . . . 456

8.2.1 Differenzierbarkeit und das Differential in einem Punkt . 456

8.2.2 Partielle Ableitung einer Funktion mit reellen Werten . . 457

8.2.3 Die Jacobimatrix in koordinatenweiser Darstellung . . . . 460

8.2.4 Partielle Ableitungen und Differenzierbarkeit in einem

Punkt . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 461

8.3 Die wichtigsten Gesetze der Differentiation . . . . . . . . . . . . . . . . . 462

8.3.1 Linearit¨at der Ableitung . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 462

8.3.2 Ableitung verketteter Abbildungen (Kettenregel) . . . . . . 465

8.3.3 Ableitung einer inversen Abbildung . . . . . . . . . . . . . . . . . . 470

8.3.4 ¨Ubungen und Aufgaben . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 472

8.4 Reelle Funktione...

Dettagli dell?edizione

• Editore: Springer
• Data di pubblicazione: 2006
• ISBN 10: 3540332774
• ISBN 13: 9783540332770
• Rilegatura: Copertina flessibile
• Lingua: Tedesco
• Numero di pagine: 620
• Contatto del produttore: non disponibile