TU Wien:Analysis VU (diverse)/Übungen 2024S/Beispiel 69

Aus VoWi
Zur Navigation springen Zur Suche springen

Man berechne unter Benützung der komplexen Zahlen und der de Moivreschen Formel den Grenzwert der Reihe:

∑n≥0∞cos⁡nπ32n

Dieses Beispiel hat einen unbekannten Lösungsstatus. Bitte editiere diese Seite und schreibe den dir bekannten Status ins Beispiel. Die möglichen Werte sind hier: Vorlage:Beispiel dokumentiert. Führe folgende Änderung durch:
{{Beispiel|1=
Angabetext
}}

oder

{{Beispiel|
Angabetext
}}

zu (im Falle einer korrekten, unverifizierten Lösung "solved". Auch möglich "unsolved", "wrong", "verified_by_tutor". Alle möglichen Werte sind hier: Vorlage:Beispiel dokumentiert.)

{{Beispiel|status=solved|1=
Angabetext
}}


Moivre'sche Formel

(cos⁡x+isin⁡x)n=cos⁡(nx)+isin⁡(nx)

Lösungsvorschlag

[Bearbeiten | Quelltext bearbeiten]
Für einen einfacheren Lösungsweg siehe Beispiel 68.

Der Übersicht halber: x=π3

Moivrsche Formel umformen:

cos⁡(nx)=(cos⁡x+isin⁡x)n−isin⁡(nx)

Einsetzen, Summe aufsplitten und ein wenig vereinfachen:

∑n≥0∞(cos⁡x+isin⁡x2)n−i∑n≥0∞sin⁡(nx)2n

Wir sehen, dass die Summe eine geometrische Reihe repräsentiert:

∑n≥0∞qn=11−q

Daher können wir schreiben:

11−cos⁡x+isin⁡x2−i∑n≥0∞sin⁡(nx)2n

Es gilt cos⁡(π3)=12.

Daher können wir einige Vereinfacherungen vornehmen:

43−i⋅2sin⁡x−i∑n≥0∞sin⁡(nx)2n

Um den imaginären Teil in den Zähler zu bekommen, damit wir ihn herausheben können, müssen wir erweitern:

4⋅(3+i⋅2sin⁡x)(3−i⋅2sin⁡x)⋅(3+i⋅2sin⁡x)−i∑n≥0∞sin⁡(nx)2n

Woraus, nach herausheben des imaginären Teils, folgt:

129+4sin⁡(x)2+i(8sin⁡x9+4sin⁡(x)2−∑n≥0∞sin⁡(nx)2n)

Es gilt: sin⁡(π3)2=34

Also folgt:

1+i(8sin⁡x9+4sin⁡(x)2−∑n≥0∞sin⁡(nx)2n)

Wenn wir nun den relevanten Real-Teil betrachten ist das Ergebnis:

Grenzwert = 1

Und wir sind zufrieden :)

Lösungsvorschlag von Padraig

[Bearbeiten | Quelltext bearbeiten]

Siehe auch https://vowi.fsinf.at/wiki/Datei:TU_Wien-Analysis_UE_(diverse)_-_AnalysisUE_2_2022S.pdf für meinen eher ausführlich erklärten Lösungsvorschlag.