Für vektorwertige Funktionen gilt der Mittelwertsatz (Satz 16KJ) nicht mehr.
Beispiel
f:[0,2π]→R2; f(t)=(costsint) Wir zeigen, dass kein 0<ϑ<1 existiert, für dass f(2π)−f(0)=f′(ϑ2π)2π gilt. Denn f(2π)−f(0)=0, aber f′(t)=((cost)′left(sint)′)=(−sintcost), daher gilt stets ∣∣f′(t)∣∣2=1⇒f′(t)=/0∀t.
Um den Mittelwertsatz für vektorwertige Funktionen dennoch formulieren zu können, benutzen wir eine "Integralversion". Zuerst verallgemeinern wir das Riemannintegral für vektorwertige Funktionen.
Definition
Sei f:[a,b]→Rm eine vektorwertige Funktion mit den Komponenten f=⎝⎜⎛f1⋮fm⎠⎟⎞, wobei die fi:[a,b]→Rriemannintegrierbar sind. Dann heißt
Sei u:=a∫bf(t)dt∈Rn. Dann gilt ∣∣u∣∣22=⟨u,u⟩=⟨a∫bf(t)dt,u⟩=a∫b⟨f(t),u⟩dt≤a∫b∣∣f(t)∣∣2∣∣u∣∣2dt (Cauchy-Schwarzsche Ungleichung) =(a∫b∣∣f(t)2dt)∣∣u∣∣2 (∣∣u∣∣2 ist als bestimmtes Integral konstant) ⇒∣∣∣∣∣∣∣∣∣∣a∫bf(t)dt∣∣∣∣∣∣∣∣∣∣2=∣∣u∣∣2≤a∫b∣∣f(t)∣∣2dt□
f:⎝⎜⎛f1⋮fm⎠⎟⎞, fi:D→Rstetig differenzierbar. Wir definieren φi:[0,1]→R; i=1,…,m und φi(t):=fi(x+th). φi ist stetig differenzierbar. Man wendet den Hauptsatz der Differential- und Integralrechnung an: φi(1)−φi(0)=0∫1φi′(t)dt mit φi′(t)=fi′(x+th)h. Also erhält man: fi(x+h)−fi(x)=0∫1fi′(x+th)hdt=(0∫1fi′(x+th)dt)h und f(x+h)−f(x)=0∫1⎝⎜⎛f1′(x+th)⋮fm′(x+th)⎠⎟⎞dt⋅h=(0∫1f(x+th)dt)h. Weiterhin ∣∣f(x+h)−f(x)∣∣2=∣∣∣∣∣∣∣∣0∫1f(x+th)dth∣∣∣∣∣∣∣∣≤∣∣∣∣∣∣∣∣0∫1f′(x+th)dt∣∣∣∣∣∣∣∣⋅∣∣h∣∣2 (nach Satz 16KK) ≤0∫1sup0≤t≤1∣∣f′(x+th)∣∣dt⋅∣∣h∣∣2=(sup0≤t≤1∣∣f′(x+th)∣∣)∣∣h∣∣2.
Miß alles, was sich messen läßt, und mach alles meßbar, was sich nicht messen läßt.
Galileo Galilei
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