Chapter 10: Problem 3
Zeigen Sie, dass eine differenzierbare Funktion \(f:(a, b) \rightarrow \mathbb{R}\) affin-linear ist, wenn ihre Ableitung konstant ist.
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Chapter 10: Problem 3
Zeigen Sie, dass eine differenzierbare Funktion \(f:(a, b) \rightarrow \mathbb{R}\) affin-linear ist, wenn ihre Ableitung konstant ist.
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Zeigen Sie, dass die Funktion \(f:[-1,2] \rightarrow \mathbb{R}\) mit \(f(x)=x^{4}\) konvex ist, (a) indem Sie nach Definition \(f(\lambda x+(1-\lambda) z) \leq \lambda f(x)+(1-\) \lambda) \(f(z)\) für alle \(\lambda \in[0,1]\) prüfen, (b) mittels der Bedingung \(f^{\prime}(x)(y-x) \leq f(y)-f(x)\).
Zeigen Sie, dass der verallgemeinerte Mittelwert für \(x \rightarrow 0\) gegen das geometrische Mittel positiver Zahlen \(a_{1}, \ldots a_{k} \in \mathbb{R}_{>0}\) konvergiert, d. h., es gilt: $$ \lim _{x \rightarrow 0}\left(\frac{1}{n} \sum_{j=1}^{n} a_{j}^{x}\right)^{\frac{1}{x}}=\sqrt[n]{\prod_{j=1}^{n} a_{j}} $$
Untersuchen Sie die Funktionen \(f_{n}: \mathbb{R} \rightarrow \mathbb{R}\) mit $$ f_{n}(x)= \begin{cases}x^{n} \cos \frac{1}{x}, & x \neq 0 \\ 0, & x=0\end{cases} $$ für \(n=1,2,3\) auf Stetigkeit, Differenzierbarkeit oder stetige Differenzierbarkeit.
Wie weit kann man bei optimalen Sichtverhältnissen von einem Turm der Höhe \(h=10 \mathrm{~m}\) sehen, wenn die Erde als Kugel mit Radius \(R \approx 6300 \mathrm{~km}\) angenommen wird? Bemerkung: In dieser speziellen Situation lässt sich übrigens auch rein geometrisch argumentieren, wenn wir die Information, dass die Tangente senkrecht zur radialen Richtung ist, voraussetzen. Denn, legen wir anstelle der Turmspitze die Koordinaten des Sichtpunkts bei \((0, R) \in \mathbb{R}^{2}\) fest, so ist die Tangente eine Parallele zur \(y\)-Achse durch diesen Punkt. Auf dieser Linie liegt die Turmspitze an der Stelle \((R, L)\) mit dem Betrag \(|(R, L)|=(R+h)^{2}\). Der Satz des Pythagoras im rechtwinkligen Dreieck \((0,0),(0, R)\) und \((R, L)\) liefert die Sichtweite \(L\).
Zeigen Sie für alle \(x>0\) die Abschätzung $$ x \ln x \geq-\frac{1}{\mathrm{e}}. $$
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