Theorie Zahlenmengen (1.1.): Unterschied zwischen den Versionen

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(→‎die reellen Zahlen $\mathbb{R}$)
(→‎die imaginären Zahlen)
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$ \sqrt{-1} $
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Aus diesem Grund erweitert man die reellen Zahlen mit allen negativen Wurzeln und nennt  
 
Aus diesem Grund erweitert man die reellen Zahlen mit allen negativen Wurzeln und nennt  

Version vom 2. September 2014, 17:39 Uhr

Zahlenmengen

Was unterscheidet 2, -8, 3.5 oder $\sqrt{7}$?

Es sind alles Zahlen. Allerdings sind sie unterschiedlich.

  • Einerseits ist ihr Wert unterschiedlich (2 ≠ -8 ≠ 3.5 ≠ $ \sqrt{7} $).
  • Andererseits gehören die Zahlen unterschiedlichen Zahlenmengen an.


Folgenden Zahlenmengen wirst du in der Schule und im Studium begegnen:


die natürlichen Zahlen $\mathbb{N}$

Definition
Grün rufezeichen.png
Die natürlichen Zahlen $\mathbb{N}$ sind die Zahlenmenge $\mathbb{N}$={0,1,2,3,.....}


Sie sind "abgeschlossen" bezüglich der Addition. Das heißt, wenn man zwei natürliche Zahlen addiert, so landet man wieder bei einer natürlichen Zahl.


Beispiel: $ 7+15=22 $

Sowohl die beiden Summanden links, als auch die Summe rechts sind natürliche Zahlen. Es ist nicht möglich, zwei natürliche Zahlen zu addieren und dabei eine "nicht-natürliche" Zahl zu erhalten.


die ganzen Zahlen $\mathbb{Z}$

Definition
Grün rufezeichen.png
Die ganzen Zahlen $\mathbb{Z}$ sind die Zahlenmenge $\mathbb{Z}=$ {...,-3,-2,-1,0,1,2,3,.....}.



Beachte, dass jede natürliche Zahl auch eine ganze Zahl ist! Um auf die ganzen Zahlen zu kommen, fügt man den natürlichen Zahlen eifnach alle negativen ganzen Zahlen hinzu.


$\mathbb{Z}$ ist "abgeschlossen" bezüglich der Addition und der Subtraktion.


Beispiele

  • $-3+7=4$
  • $ -8-17=-25$

Was ist nun aber, wenn man zwei ganze Zahlen dividiert? Beispiel: $$ -2:4= \frac{-2}{4}=-\frac{1}{2} $$ Die Zahl$ -\frac{1}{2} $ ist ein Bruch und sicherlich keine ganze Zahl mehr. Hier sind wir in der nächsten Zahlenmenge gelandet:


Deshalb fügt man nun zu den ganzen Zahlen alle Brüche hinzu und erhält.


die rationalen Zahlen $\mathbb{Q} $

Definition
Grün rufezeichen.png
Zu den rationalen Zahlen gehören alle Brüche mit Zähler und Nenner aus den ganzen Zahlen, wobei im Nenner natürlich keine 0 stehen darf. Formal kann man das folgendermaßen schreiben:

$$ \mathbb{Q} = \left\{ \frac{a}{b} \vert\ a,b \in \mathbb{Z}, b \neq 0\right\} $$




Da man jeden Bruch in eine endliche oder unendlich periodische Dezimalzahl verwandeln kann, indem man Zähler mit Nenner dividiert, gehören zu $\mathbb{Q} $ auch alle endlichen ODER unendlich periodischen Dezimalzahlen


Beispiel: $$ \frac{1}{3}=0.333333...$$ oder $$ \frac{1}{5}=1:5=0.2 $$


Nun gibt es aber noch Dezimalzahlen, die unendlich lang, aber niemals periodisch sind, diese liegen außerhalb von $\mathbb{Q} $ und heißen die irrationalen Zahlen $\mathbb{I}$


die irrationalen Zahlen $\mathbb{I}$

Definition
Grün rufezeichen.png
Zu den irrationalen Zahlen $\mathbb{I}$ gehören alle Dezimalzahlen, die undendlich lang UND niemals periodisch sind



Beispiele:

  • $0,1001000100001....$ (immer eine 0 mehr)
  • $\pi =3.14159.... $
  • $e =2.718...$, die eulersche Zahl
  • $\sqrt{2}=1.414...$ (und alle weiteren Wurzeln von Primzahlen).




die reellen Zahlen $\mathbb{R}$

$\mathbb{Q}$ und $\mathbb{I}$=$\mathbb{R}$

Fasst man nun alle Dezimahlzahlen zusammen, die

  1. endlichen oder unendlich periodischen (=rationale Zahlen) und die
  2. unendlichen aber niemals periodischen (irrationale Zahlen)

so erhält man die reellen Zahlen $\mathbb{R}$.


Definition
Grün rufezeichen.png
$$ \mathbb{R} = \mathbb{Q} \cup \mathbb{I} $$

Vereinfacht gesagt: $ \mathbb{R}= $ Menge aller Dezimalzahlen






die imaginären Zahlen

Stoff der 2. Klasse


Während in den reellen Zahlen $\mathbb{R}$ addiert, subtrahiert, multipliziert und dividiert werden kann, kann man aber NICHT die Wurzel aus negativen Zahlen berechnen.


Beispiel: $ \sqrt{-1} \notin $

Aus diesem Grund erweitert man die reellen Zahlen mit allen negativen Wurzeln und nennt


Definition
Grün rufezeichen.png
$\begin{align} \textrm{die imaginären Zahlen} &=& \textrm{die Menge der negativen Wurzeln} \\ &=&\left\{ \sqrt{-b} \vert\ b\in \mathbb{R}^+\right\}\end{align}$



Weitere Beispiele:

  • $ \sqrt{-1}=i$
  • $ \sqrt{-4}=4i\ \ $ (weil $\sqrt{4\cdot (-1)}= \sqrt{4}\cdot \sqrt{-1}=2\cdot i $)

Imaginäre Zahlen treten bei den quadratischen Gleichungen auf, wenn die entsprechende Parabel keine Nullstelle hat.


die komplexen Zahlen $\mathbb{C}$

$\mathbb{R}$ und die Imaginären Zahlen $=\mathbb{C}$

Die komplexen Zahlen $\mathbb{C}$ erhält man, wenn man die reellen Zahlen $\mathbb{R}$ und die imaginären Zahlen zusammenfügt.

Definition:

$$ \mathbb{C} = \mathbb{R} \cup \textrm{imaginäre Zahlen}$$


Setzt man also eine reelle Zahl (z.B. 5) und eine imaginäre Zahl (z.B. 7i) zusammen, so erhält man die komplexe Zahl $$5+7i$$

Beispiele

  • 2 + 3i

(jede komplexe Zahl besteht aus einer reellen Zahl, dem sogenannten Realteil (hier: 2) und einer imaginären Zahl (hier 3i), wobei 3 der sogennante Imaginärteil ist.

  • -9+18i (Realteil=-9 und Imaginärteil=18)
  • 4 $\ \ $ (hier ist der Imaginärteil 0)
  • 8i $\ \ $(hier ist der Realteil 0)




a) Zuordnung

Zuordnung.png


Lösung

Zuordnung-Lösung.png