Konvergenz im n-dimensionalen Raum der Reellen Zahlen

notes.

Konvergenz im n-dimensionalen Raum der Reellen Zahlen

Eine Folge in Rn\mathbb{R}^n hat die Form

(x⃗k)k∈N,\left(\vec{x}_k\right)_{k \in \mathbb{N}},

also beispielsweise eine Folge für n=2n=2 könnte definiert sein als

a⃗k=(3k2k3+7kcos⁡(πk))∈R2.\vec{a}_{k} = \begin{pmatrix} \frac{3k^{2}}{k^{3}+7k} \\ \cos(\pi k) \end{pmatrix} \in \mathbb{R}^{2}.

Benötigen wir eine Komponente von einem Punkt aus einem Element dieser Folge, so benötigen wir einen zweiten Index:

x⃗k=(xk1,…,xkn).\vec{x}_k=\left(x_{k 1}, \ldots, x_{k n}\right).

Definition: Eine Folge heißt Konvergenz von Folgen gegen a⃗\vec{a}, wenn gilt

lim⁡k→∞∣x⃗k−a⃗∣=0,\lim _{k \rightarrow \infty}\left|\vec{x}_k-\vec{a}\right|=0,

d.h. wenn der Abstand (Betrag einer Folge ist der Abstand, siehe Betrag eines Vektors) von der Folge zum Punkt a⃗\vec{a} gegen null konvergiert, also mit Fortlaufen der Folge kleiner wird.

Zur Erinnerung, der Betrag unserer Folge ist definiert als

∣x⃗k−a⃗∣=∑m=1n(xkm−am)2.\left|\vec{x}_k-\vec{a}\right|=\sqrt{\sum_{m=1}^n\left(x_{k m}-a_m\right)^2}.

Beispiel: Sei n=2n=2 und x⃗k=(1kcos⁡kθ,1ksin⁡kθ)\vec{x}_k=\left(\frac{1}{k} \cos k \theta, \frac{1}{k} \sin k \theta\right) für ein festes θ\theta. Dann ist

∣x⃗k−0⃗∣=(1kcos⁡kθ)2+(1ksin⁡kθ)2=1k→0 fu¨r k→∞.\left|\vec{x}_k-\vec{0}\right|=\sqrt{\left(\frac{1}{k} \cos k \theta\right)^2+\left(\frac{1}{k} \sin k \theta\right)^2}=\frac{1}{k} \rightarrow 0 \text { für } k \rightarrow \infty .

also ist lim⁡k→∞x⃗k=0→\lim _{k \rightarrow \infty} \vec{x}_k=\overrightarrow{0}.

Wir berechnen also zuerst den Betrag unseres Vektorelements in der Folge und betrachten dann sein Verhalten.

Komponentenweise Konvergenz

Eine Folge ist nur dann konvergent, wenn alle Komponenten konvergent sind

a⃗=lim⁡k→∞x⃗k⟺lim⁡k→∞xkm=am fu¨r alle m.\vec{a}=\lim _{k \rightarrow \infty} \vec{x}_k \Longleftrightarrow \lim _{k \rightarrow \infty} x_{k m}=a_m \text { für alle } m.

Beispiel: Für die Folge x⃗k=((−1)k,1k)\vec{x}_k=\left((-1)^k, \frac{1}{k}\right) ist die Folge der ersten Komponenten, also ((−1)k)k≥1\left((-1)^k\right)_{k \geq 1}, nicht konvergent. Daher ist die ganze Folge nicht konvergent.

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