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Arbeitsgruppe Inverse Probleme

Sekretariat
Allianz-Gebäude (05.20)
Zimmer 4C-20.2

Adresse
Kaiserstr. 93
Institut für Algebra und Geometrie
76128 Karlsruhe

Öffnungszeiten:
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Fragebogen

Dies ist ein elektronischer Fragebogen zum Selbsttest mit Aufgaben aus verschiedenen Themen der Vorlesung Lineare Integralgleichungen.

Die Fragen decken aber weder alle Themen der Vorlesung ab, noch ist ein korrekt gesetzter Haken eine Garantie für Verständnis- wirklich wichtig ist, wie der Bogen bearbeitet wird:

Fragen Sie sich bei jeder Aufgabe:

  1. Sind Ihnen alle Begriffe klar?
  2. Wissen Sie wonach gefragt wird und was die Antworten genau bedeuten?
  3. Was sind Ihre Argumente für Ihre Antworten, bzw. können Sie sie beweisen?

Sollten Sie bei einem dieser Punkte unsicher sein, so schauen Sie nochmal in das Skript oder die Übungsblätter zur Vorlesung Integralgleichungen oder fragen Sie Dr. Sebastian Ritterbusch oder PD Dr. Frank Hettlich zum Thema. Sehr freuen wir uns, wenn Sie Vorschläge oder Meinungen zum Fragebogen haben, und besonders, wenn Sie einen Fehler oder Ungenauigkeiten finden.




Fragebogen zu linearen Integralgleichungen



1) Bestimmen Sie, falls möglich, die erste Ableitung der Funktion

$f(s)=\int\limits_{1/s}^{s^2} \frac1\tau\,\sin(s\tau)\,d\tau\,,\quad s>0\,,$

und ordnen Sie die folgenden Aussagen nach richtig und falsch ein:

richtigfalsch
a) f(1)=0
b) f ist nicht differenzierbar
c) f'(\sqrt[3]{\pi})=1
d) f'(s)=\int_{1/s}^{s^2}\cos(st)\,dt
e) f'(3)=\sin(27)



2) Gesucht seien Lösungen u\in C([0,1]) der Integralgleichung

$u(t)+\int\limits_0^t (2t-\tau)u(\tau)\,d\tau=1+\frac43 t^{5/2}\,.$

Die Integralgleichung ist ...

richtigfalsch
a) linear und inhomogen.
b) eine Volterra-Integralgleichung.
c) eine Fredholmsche Integralgleichung.
d) von erster Art.
e) mit schwach singulärem Kern.

Eine Lösung u ...

richtigfalsch
f) kann ohne zusätzliche Anfangswerte nicht eindeutig sein.
g) ist in C^2(0,1) und erfüllt u''(t)+tu'(t)+3u(t)=5\sqrt{t}.
h) ist bei Existenz eindeutig und erfüllt u(0)=1 und u'(0)=0.
i) existiert und kann mit iterierten Kernen, bzw. einer Neumannschen Reihe, bestimmt werden.
j) ist in C^3(0,1).



3) Die Integralgleichung

$\int\limits_{-\infty}^\infty k_1(s,t)\,u(s)\,ds=y(t)\,,\quad k_1(s,t)=\left\{ \begin{array}{cc}\exp(t-s)\,,&s\geq t\\ \exp(s-t)\,,&s<t\end{array} \right.$

ist eine Faltungsintegralgleichung k_2 * u=y.

Welche Aussagen sind richtig und welche sind falsch?

richtigfalsch
a) k_2(s,t)=\exp(-|s-t|)
b) k_2(t)=\exp(-|t|)
c) Ist u stetig und beschränkt, so auch y.
d) Ist u\in L^1(\mathbb{R}) so ist y stetig.
e) Auch wenn y unbeschränkt ist, kann u\in L^1(\mathbb{R}) sein.



4) Klassifizieren Sie die Operatoren auf (BC(\mathbb{R}),||\cdot||_\infty):

$(Ax)(t)=e^{-t^2}x(t)\,,\quad (Bx)(t)=\int\limits_0^1 x(s)\,ds\,,$

$(Cx)(t)=\int\limits_{-\infty}^\infty (Ax)(s)\,ds\,,\quad (Dx)(t)=\int\limits_{-\infty}^\infty (A^{-1}x)(s)\,ds\,.$

beschränktunbeschränktkompaktnicht kompakt
Operator A
Operator B
Operator C
Operator D
Operator E=AB
Operator F=BA^{-1}



5) Bestimmen Sie die Rieszsche Zahl r des Operators L aus der Gleichung

$\underbrace{(I-A)}_{=:L} x=y\in\mathbb{C}^4\,,\quad A=\left(\begin{array}{rrrr}2&-1&1&1\\1&1&1&1\\3&4&2&-1\\-4&-3&-2&1\end{array}\right)\,.$

Die Rieszsche Zahl r von L ist .



6) Betrachten Sie die Integralgleichung

$\underbrace{(I-A)}_{=:L} x=y$

für ein y\in C([0,1]) und k(s,t) ein schwach singulärer Kern des Fredholmoperators A. Weiterhin sei die homogene Gleichung (I-A)x=0 für x\in C([0,1]) nur trivial lösbar.

Welche Aussagen sind richtig und welche sind falsch?

richtigfalsch
a) A ist beschränkt
b) A ist kompakt
c) L hat eine Rieszsche Zahl r\leq1
d) L hat eine Rieszsche Zahl r\geq1
e) Es existiert eine eindeutige Lösung x\in C([0,1])



7) Sei D\subseteq\mathbb{R}^2 ein Gebiet mit Rand \partial D\in C^2. Weiterhin \Phi sei die Fundamentallösung der Laplace-Gleichung und \varphi\in C(\partial D) eine stetige Funktion auf dem Rand und \varphi\not=0.

Beantworten Sie die Fragen:

janein
a) Ist \mathrm{SL}\,\varphi harmonisch in \mathbb{R}^2?
b) Sei u\in C^2(\mathbb{R}^2 ) harmonisch. Gilt dann u(x)=\mathrm{SL}\,\frac{\partial u}{\partial n}|_{\partial D}(x)-\mathrm{DL}\,u|_{\partial D}(x) für alle x\in\mathbb{R}^2?
c) Ist der Operator \displaystyle A:\left\{\begin{array}{ccc}C(\partial D)&\rightarrow&C(D)\\\varphi&\mapsto&\mathrm{DL}\,\varphi\end{array}\right.\ beschränkt?
d) Ist der Operator \displaystyle B:\left\{\begin{array}{ccc}C(\partial D)&\rightarrow&C(\partial D)\\\varphi&\mapsto&\int\limits_{\partial D} \frac{\partial \Phi(x,y)}{\partial n(y)}\,\varphi(y)\,ds_y\end{array}\right.\ beschränkt?
e) Ist der Operator B kompakt?



8) Sei D\subseteq\mathbb{R}^2 ein Gebiet mit Rand \partial D\in C^2. Welche der Aussagen sind richtig, welche sind falsch?

richtigfalsch
a) Das Dirichlet-Problem \Delta u=0 in D, u=f auf \partial D ist für alle f\in C(\partial D) eindeutig lösbar.
b) Das Neumann-Problem \Delta u=0 in D, \frac{\partial u}{\partial n}=f auf \partial D ist für alle f\in C(\partial D) eindeutig lösbar.
c) I-2K\,:\ C(\partial D)\rightarrow C(\partial D) ist ein Isomorphismus.
d) \dim\,N(I+2K)>0

Hinweis: Der Randintegraloperator K ist in Definition und Satz 4.9 definiert:

$K\varphi(x)=\int\limits_{\partial\Omega} \frac{\partial \Phi(x,y)}{\partial n(y)}\,\varphi(y)\,ds_y\,,\quad x\in\partial\Omega$

Es ist das "auf dem Rand ausgewertete Doppelschichtpotential".



9) Welche Aussagen treffen auf das Einfachschicht- und/oder das Doppelschichtpotenzial einer Dichte \varphi auf dem Rand eines Gebiets D oder auf keine der beiden zu?

EinfachschichtpotenzialDoppelschichtpotenzialkeines
a) Das Potenzial ist abgesehen vom Rand stetig.
b) Das Potenzial kann auf dem gesamten Raum stetig ergänzt werden.
c) Das Potenzial kann auf dem gesamten Raum stetig differenzierbar ergänzt werden.
d) Das Potenzial kann senkrecht zum Rand folgendes Verhalten zeigen: Graph einer Funktion mit Sprung
e) Das Potenzial kann senkrecht zum Rand folgendes Verhalten zeigen: Graph einer Funktion mit Spitze
f) Die Normalableitung des Potenzials bezogen zum Rand \partial D stimmt auf linker und rechter Seite überein.
g) Die Normalableitung des Potenzials springt am Rand \partial D genau um den Wert der Dichte \varphi.
h) Das Potenzial ist auf dem ganzen Raum bis auf den Rand harmonisch.

Stand: 01.04.2009 14:21 Aufgaben 1-6,9: r, 7,8: s


Für Mitarbeiter gibt es auf der Seite Erstellung eines Fragebogens eine Anleitung, wie man solche Fragebögen für eigene Veranstaltungen umsetzt, und weitere Beispiele hat Dr. Klaus Spitzmüller auf seinen Fragebogen-Seiten zum Jahr der Mathematik erstellt. Übrigens: Diese Fragebögen können oft auch sehr ansehnlich ausgedruckt werden, zum Selbsttest ohne Computer.