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Lektion 16 — Zahlenfolgen

Folge als Funktion mit Definitionsbereich ℕ. Rekursionen, Monotonie, Beschränktheit. Vorhof der Grenzwerte.

Used in: 1.º ano do EM (15 anos) · Math B japonês (cap. 数列) · Calculus I — US — preview

(an)nN,an=f(n)(a_n)_{n \in \mathbb{N}}, \quad a_n = f(n)
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Rigorous notation, full derivation, hypotheses

Definition und Eigenschaften

Wie man eine Folge beschreibt

  1. Explizite Formel (allgemeines Glied): an=2n+1a_n = 2n + 1 — Glieder 3,5,7,9,3, 5, 7, 9, \ldots
  2. Rekursion: a1=1a_1 = 1, an+1=an+2a_{n+1} = a_n + 2 — gleiches Ergebnis.
  3. Beschreibung: "n-te Primzahl" — 2,3,5,7,11,13,2, 3, 5, 7, 11, 13, \ldots (ohne geschlossene Formel).

Monotonie

  • Streng monoton wachsend: an+1>anna_{n+1} > a_n \quad \forall n.
  • Monoton wachsend: an+1ana_{n+1} \geq a_n.
  • Streng monoton fallend: an+1<ana_{n+1} < a_n.
  • Konstant: an+1=ana_{n+1} = a_n.

Beschränktheit

(an)(a_n) ist beschränkt, wenn es ein M>0M > 0 mit anM|a_n| \leq M für alle nn gibt. Nach oben beschränkt, wenn anM+a_n \leq M_+; nach unten, wenn anMa_n \geq M_-.

Intuitive Konvergenz (formalisiert in Lektion 19)

(an)(a_n) konvergiert gegen LL, wenn "ana_n sich beliebig nahe an LL annähert, wenn nn groß ist". Formal (Lektion 41 — Trim 5): limnan=L    \eps>0,N:nNanL<\eps\lim_{n \to \infty} a_n = L \iff \forall \eps > 0, \exists N : n \geq N \Rightarrow |a_n - L| < \eps

Exercise list

35 exercises · 8 with worked solution (25%)

Application 16Understanding 18Modeling 1
  1. Ex. 16.1Application
    Schreibe die ersten 5 Glieder von an=2n+1a_n = 2n + 1.
  2. Ex. 16.2Application
    Schreibe die ersten 5 Glieder von an=(1)n/na_n = (-1)^n / n.
  3. Ex. 16.3ApplicationAnswer key
    Schreibe die ersten 5 Glieder von an=n2na_n = n^2 - n.
  4. Ex. 16.4Application
    Finde das allgemeine Glied von 1,3,5,7,9,1, 3, 5, 7, 9, \ldots
  5. Ex. 16.5Application
    Finde das allgemeine Glied von 2,5,10,17,26,2, 5, 10, 17, 26, \ldots (Hinweis: n2+1n^2 + 1.)
  6. Ex. 16.6Application
    Finde das allgemeine Glied von 1/2,1/4,1/8,1/16,1/2, 1/4, 1/8, 1/16, \ldots
  7. Ex. 16.7Application
    Finde das allgemeine Glied von 1,1,1,1,1,-1, 1, -1, 1, -1, \ldots
  8. Ex. 16.8Application
    Berechne a20a_{20} für an=3n1a_n = 3n - 1.
  9. Ex. 16.9Application
    Für welches nn gilt an=100a_n = 100, wenn an=2n4a_n = 2n - 4?
  10. Ex. 16.10ApplicationAnswer key
    Wie viele Glieder der Folge an=5n1a_n = 5n - 1 sind kleiner als 200?
  11. Ex. 16.11Application
    Folge: a1=2a_1 = 2, an+1=3an+1a_{n+1} = 3 a_n + 1. Berechne die ersten 5 Glieder.
  12. Ex. 16.12Application
    Fibonacci: F1=F2=1F_1 = F_2 = 1, Fn+2=Fn+1+FnF_{n+2} = F_{n+1} + F_n. Berechne bis F10F_{10}.
  13. Ex. 16.13Application
    Folge: a1=1a_1 = 1, an+1=an+2na_{n+1} = a_n + 2n. Berechne bis a5a_5.
  14. Ex. 16.14Application
    Zeige, dass die Fibonacci-Folge Fn2Fn1Fn+1=(1)n1F_n^2 - F_{n-1} F_{n+1} = (-1)^{n-1} erfüllt (Cassini-Identität).
  15. Ex. 16.15Application
    Finde eine explizite Formel für a1=1a_1 = 1, an+1=2ana_{n+1} = 2 a_n. (Geometrisch.)
  16. Ex. 16.16Application
    Folge: a1=5a_1 = 5, an+1=an2a_{n+1} = a_n - 2. Allgemeines Glied?
  17. Ex. 16.17Understanding
    Zeige durch Induktion, dass an=2n1a_n = 2^n - 1 erfüllt a1=1a_1 = 1, an+1=2an+1a_{n+1} = 2 a_n + 1.
  18. Ex. 16.18UnderstandingAnswer key
    Folge a1=1a_1 = 1, an+1=(an+2/an)/2a_{n+1} = (a_n + 2/a_n)/2 (Newton-Iteration für 2\sqrt 2). Berechne a2,a3,a4a_2, a_3, a_4. Vergleiche mit 21,4142\sqrt 2 \approx 1{,}4142.
  19. Ex. 16.19Understanding
    Zeige, dass die Folge an+1=an22a_{n+1} = a_n^2 - 2 mit a1=3a_1 = 3 explodiert (gegen unendlich geht).
  20. Ex. 16.20Understanding
    Modelliere die Folge "Anzahl der Kaninchenpaare im nn-ten Monat" (Fibonacci) und begründe die Rekursion.
  21. Ex. 16.21Understanding
    Zeige, dass an=(n+1)/na_n = (n+1)/n fallend und nach unten durch 1 beschränkt ist.
  22. Ex. 16.22Understanding
    Zeige, dass an=21/na_n = 2 - 1/n wachsend und nach oben durch 2 beschränkt ist.
  23. Ex. 16.23Understanding
    Ist die Folge an=(1)nna_n = (-1)^n n beschränkt? Wachsend?
  24. Ex. 16.24UnderstandingAnswer key
    Zeige, dass an=1/n2a_n = 1/n^2 fallend und durch 1 beschränkt ist.
  25. Ex. 16.25Understanding
    Für welches nn gilt an=1/n<0,001a_n = 1/n < 0{,}001? (Antwort: n>1.000n > 1.000.)
  26. Ex. 16.26Understanding
    Zeige, dass an=(1+1/n)na_n = (1 + 1/n)^n wachsend ist. (Schwer — Vorschau auf die Zahl ee.)
  27. Ex. 16.27UnderstandingAnswer key
    Ist die Folge an=sin(n)a_n = \sin(n) beschränkt? Konvergent?
  28. Ex. 16.28UnderstandingAnswer key
    Berechne für die Folge an=n/(n+1)a_n = n/(n+1), ab welchem nn gilt an>0,99a_n > 0{,}99.
  29. Ex. 16.29Understanding
    Welchem Wert "nähert sich" an=1/na_n = 1/n, wenn nn \to \infty?
  30. Ex. 16.30Understanding
    Welchem Wert "nähert sich" an=(n+5)/na_n = (n + 5)/n, wenn nn \to \infty?
  31. Ex. 16.31Understanding
    Konvergiert die Folge an=(1)na_n = (-1)^n? Begründe intuitiv.
  32. Ex. 16.32Understanding
    Welchem Wert nähert sich an=(3n2+2)/(n2+1)a_n = (3n^2 + 2)/(n^2 + 1)?
  33. Ex. 16.33Understanding
    Ist die Folge an=2na_n = 2^n konvergent?
  34. Ex. 16.34UnderstandingAnswer key
    Welchem Wert nähert sich die Folge an=(1/2)na_n = (1/2)^n?
  35. Ex. 16.35ModelingAnswer key
    Modelliere die Temperatur eines abkühlenden Kaffees: Tn=900,9n+25T_n = 90 \cdot 0{,}9^n + 25 pro Minute. Welchem Wert strebt sie zu?

Quellen dieser Lektion

Updated on 2026-04-29 · Author(s): Clube da Matemática

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