Hallo,
http://mo.mathematik.uni-stuttgart.de/inhalt/aufgabe…
Wer findet die Fehler?
also a) ist schon ganz schön trickreich! Der entscheidende Punkt ist hierbei der Schritt von Gl. (3) nach Gl. (4):
exp(2*π*i*k+1)^(2*π*i*k) = 1 (4)
exp(-4*π^2*k^2+2*π*i*k) = 1 (5)
Hier steckt schon der Fehler drin. Es wurde hier folgende Gleichung als wahr angenommen:
exp(x)^y=exp(x*y), x,y∈C (*).
Dies ist jedoch falsch! Um das zu sehen, muss man sich anschauen, wie das komplexe Potenzieren definiert ist. Nachdem die komplexe Exponentialfunktion definiert worden ist (meist via Potenzreihe), wird die komplexe Potenz definiert zu
x^y = exp(y*log(x)), falls x≠1
x^y = 1, falls x=1.
Hierbei ist log(x) der Hauptzweig der komplexen Logarithmusfunktion.
Anwenden auf (*) führt auf
exp(x)^y=exp(y*log(exp(x)))
=exp(y*x), falls exp(x)≠0
=1, falls exp(x)=0.
Und genau hier liegt der Hund begraben. In Gleichung (5) ist ja gerade exp(2*Pi*i*k)=1, da k∈Z gilt. Also gilt nicht
exp(2*π*i*k+1)^(2*π*i*k)=exp[(2*π*i*k+1)*(2*π*i*k)],
sondern
exp(2*π*i*k+1)^(2*π*i*k)=1,
also 1=1.
Auch b) mutet zunächst merkwürdig an. Aber hier liegt ein Problem der Symbolik vor. Man vergisst nämlich oft, was denn eigentlich mit dem unbestimmten Integral gemint ist. Und zwar bedeutet
∫dx*f(x)
die Menge aller Stammfunktionen von f(x), also
∫dx*f(x)={F(x) : F’(x)=f(x), x∈C}.
Die Interpretation von ∫dx*f(x) als eine bestimmte Funktion ist zwar manchmal zweckmäßig, kann aber zu Widersprüchen wie in b) führen.
Viele Grüße
Jens
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