Altklausur Analysis2 - Ansatz Differenzierbarkeit

Aufrufe: 599     Aktiv: 19.02.2020 um 16:32

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Hi LRM Community, Es geht um eine Aufgabe einer Altklausur und ich bin mir nich sicher, was reicht zu zeigen und was reicht nicht. Die Aufgabe lautet: Betrachten die Funktion von R^2 -> R mit f(x,y) = (y^3) / (x^2 + y^2) wenn (x,y) ungleich (0,0) und 0 wenn es der Ursprung ist a) Ist f partiell differenzierbar? b) Ist f differenzierbar? c) ist f stetig? Aufgabenteil c ist mir klar, aber wie kann ich a und b am schnellsten zeigen? Muss ich bei der a sowohl die partiellen Ableitungen für (x,y) ungleich (0,0) berechnen UND schauen ob die Richtungsableitung in (0,0) für jede Richtung existiert? Oder geht es schneller? Und muss ich bei der b schauen, ob es die lineare Abbildung L(h) gibt, sodass die Bedingung für Differenzierbarkeit erfüllt ist? Oder kann ich das irgendwie eleganter und schneller lösen? Danke schon einmal für Eure Antwort! Grüsse!
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Und die 3 ist mir doch weniger klar, als ich dachte.

Ich dachte das sollte einfach zu zeigen sein, dass die Funktion nicht folgenstetig in (0,0) ist, aber ich finde kein Paar aus Nullfolgen, sodass die Funktion gegen einen Wert konvergiert.
  ─   anonym59494 16.02.2020 um 16:27
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Die partielle Ableitung nach x lautet:

\( f_x(x,y) = \frac{-2xy^3} {(x^2+y^2)^2} \)

und die nach y:

\( f_y(x,y) = \frac{y^4+3x^2y^2} {(x^2+y^2)^2} \)

Die partielle Ableitung nach x ist also für alle Punkte auf der x-Achse konstant gleich 0, wohingegen die partielle Ableitung nach y für alle Punkte auf der y-Achse konstant gleich 1 ist. Die Funktion ist also partiell differenzierbar. Sie ist aber nicht (total) differenzierbar, da die partiellen Ableitungen im Punkt (0,0) nicht übereinstimmen. Zu prüfen bleibt also noch die Stetigkeit der Funktion im Punkt (0,0). [Wäre die Funktion (total) differenzierbar, wäre der Nachweis der Stetigkeit überflüssig, da diese, wie im 1-dimensionalen auch, aus der Differenzierbarkeit folgt.] Also zur Stetigkeit in (0,0):

\( \Vert f(x,y) \Vert = \Vert y\Vert \cdot \Vert \frac {y^2} {x^2+y^2} \Vert = \Vert y\Vert \cdot \Vert \frac {1} {1 + \left( \frac {x} {y}\right)^2} \Vert \)

Da die erste Norm für jede Nullfolge \( (x_n,y_n) \) gegen 0 konvergiert und die 2. Norm immer kleiner oder gleich 1 ist, konvergiert insgesamt \( f(x_n,y_n) \) gegen (0,0). Die Funktion ist in (0,0) also stetig.

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Verstanden, vielen Dank   ─   anonym59494 16.02.2020 um 21:51

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