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refactor various files
This commit is contained in:
1
S2/AGLA/.anki
Normal file
1
S2/AGLA/.anki
Normal file
@@ -0,0 +1 @@
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University::Math::S2
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2
S2/AGLA/.unicourse
Normal file
2
S2/AGLA/.unicourse
Normal file
@@ -0,0 +1,2 @@
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name: Lineare Algebra und Analytische Geometrie II
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short: AgII
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7
S2/AGLA/VL/AgIIVL1.typ
Normal file
7
S2/AGLA/VL/AgIIVL1.typ
Normal file
@@ -0,0 +1,7 @@
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// AGLA template
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#import "../preamble.typ": *
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#show: conf.with(num: 1)
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= Uebersicht
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1
S2/AGLA/index.typ
Normal file
1
S2/AGLA/index.typ
Normal file
@@ -0,0 +1 @@
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= AGLA II
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14
S2/AGLA/preamble.typ
Normal file
14
S2/AGLA/preamble.typ
Normal file
@@ -0,0 +1,14 @@
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#import "../../default.typ": *
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#let conf(num: none, ueb: false, body) = {
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// Global settings
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show: default
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// Set the header
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[AGLA II \ Vorlesung #(num)]
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// Make tcahe outline
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outline()
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// load the document
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body
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||||
}
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7
S2/AGLA/template.typ
Normal file
7
S2/AGLA/template.typ
Normal file
@@ -0,0 +1,7 @@
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||||
// AGLA template
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||||
#import "../preamble.typ": *
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#show: conf.with(num: 1)
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= Uebersicht
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132
S2/AnaMech/VL/AnMeVL4.typ
Normal file
132
S2/AnaMech/VL/AnMeVL4.typ
Normal file
@@ -0,0 +1,132 @@
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#import "../preamble.typ": *
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#show: conf.with(num: 4)
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= Grundlagen der Netwon'schen Mechanik
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+ MP
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+ Das Ziel ist die Trajektorie im $RR^n $ (Euklidischer Raum)
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Die Wahl des KS (kartesisch)
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- Wahl des Urprungs
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- Orietierung der Achsen
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arrow(r) (t)= arrow(e)_(x) + y (t) arrow(e)_(y) + z (t) arrow(e)_(z) \
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= vec(x,y,z)_(x y z) \
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arrow(r)= r arrow(e)_(r) \
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r = abs(arrow(r))= sqrt(x^2 + y^2 + z^2 )
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$
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Wir betrachten die nicht-relativistische Mechanik, sodass die Zeit absolut ist $t = t'$. \
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Wir fordern jedoch die Forminvarianz aller physikalischer Gesetze.
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Beschleunigte Bezugsysteme werden wir nicht verlangen, dass die selben Gesetze entstehen. \
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+ Die Forminvarianz soll in allen Inertialsystemen gelten.
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+ $"KS"= "IS"==> "KS' mit" arrow(v)_("rel") "bewegt auch IS"$
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Es gilt, dass in beiden Koordinatensystemen die Kraft gleich die zeitliche Ableitung des Impulses ist.
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== Wechsel zwischen IS
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Galilei-Tafel
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$
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t'= t \
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arrow(r')= arrow(r)-arrow(v)_("rel") t \
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==> "Newton II invariant"
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== Newtons Prinzip der Bestimmtheit
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+ AWP: $arrow(r) (t_0 ),dot(arrow(r)) (t_0 )==> arrow(r) (t), forall t $
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- Messwerte zur Zeit $t$: $arrow(r) (r),dot(arrow(r)),...,O(arrow(r),dot(arrow(r)),t) "(QM)"$
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$==>$ Euklidischen Raum bei mikroskopischen Kraeften
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+ Effektive Probleme mit Reibung
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- Dynamik auf gekruemmten Flaechen
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Mathematische Ungenauigkeiten kommen durch eingefuehrte Idealisierungen.
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== Newton II
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In der mikroskopischen Physik gilt die Gleichung
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m dot.double(arrow(r))= arrow(f) (r,dot(arrow(r)),t).
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Die Masse und die Kraefte kommen aus experimentellen Beobachtungen.
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== Kraefte
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Es gibt jetzt $N$ MP mit den Ortsvektoren $arrow(r)_(i) $.
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$
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m_i dot.double(arrow(r))_(i) = arrow(f)_(i) (arrow(r)_(j) ,dot(arrow(r))_(j) ,t), j != i.
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$
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Das ergibt 3N Gleichungen.
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WICHTIG: Naeherung, welche immer verwendet wurde, die des abgeschlossenen Systems.
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Mikroskopisch ufndamentale Kraefte sind die #underline[Gravitaion] und die #underline[Elektro-/Magnetostatik]. Deren Potential ist Proporitional zu $r^(-1) $, d.h. sie sind ein radial Potiential. \
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Die daraus resultierende Kraft ist eine Paarkraft
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arrow(f)_(i j) = arrow(f)_(i j) (abs(arrow(r)_(i) - arrow(r)_(j) )).
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Actio $= $ Reactio: $arrow(f)_(i j) = -arrow(f)_(j i) $.
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Starke Version von Actio gleich Reactio: $arrow(f)_(i j) = f_(i j) (abs(arrow(r)_(i) -arrow(r)_(j) ))arrow(e)_(i j) , space f_(i j) = -f_(j i) , space arrow(e)_(i j) = (arrow(r)_(i) - arrow(r)_(j) ) / (abs(arrow(r)_(i) - arrow(r)_(j) )) $
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Die kleinen $f$ sind die Kraefte, welche die MP gegenseitig auf sich ausueben und die grossen $F$ sind die globalen externen Kraefte. \
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Allgemeine Form
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arrow(f)_(i) = sum_(j != i)^(N) arrow(f)_(n) + arrow(f)^("ext") _(i).
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Fuer ein abgeschlossenes System gilt die Naeherung
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arrow(f)^("ext") _(i) = arrow(0) space forall i.
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= Abgeschlossene Systeme
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- N MP $==>$ $m_i $
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- $m_i != m_i (t)$ Q: Was bedeutet das?
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- Starkes Actio gleich Reactio
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== Massenschwerpunkt
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arrow(R)= (1) / (M) sum_(i=1)^(N) m_i arrow(r)_(i) , space M = sum m_i \
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M dot.double(arrow(R))= sum m_i dot.double(arrow(r) )_(i) = sum (sum _(j != i) arrow(f)_(i j) + arrow(f)^("ext") _(i) )= sum arrow(f)^("ext") _(i) = arrow(F)^("ext") \
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M dot.double(arrow(R))= arrow(F)^("ext")
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nur geschlossen, falls $arrow(F)^("ext") = "const"$.
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arrow(R) (t)= arrow(V)_(0) (r)+ arrow(r)_(0)
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Damit haben wir nur noch $6N - 6$ Gleichungen zu loesen.
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= Gesamtimpuls
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arrow(p)= sum arrow(p)_(i) = sum m_i dot(arrow(r))_(i) \
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dot(arrow(p))= sum m_i dot.double(arrow(r))_(i) = M dot.double(arrow(R))
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arrow(F)^("ext") = 0 <==> (dif arrow(p)) / (dif t) = 0 , space arrow(p) "erhalten"
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== Gesamtdrehimpuls
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arrow(L)&= sum arrow(l)_(i) = sum (arrow(r)times arrow(p)) \
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&= sum m_i (arrow(r)_(i) times dot(arrow(r)))
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$
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$
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dif / (dif t) arrow(L)= sum m_i (dot(arrow(r))times dot(arrow(r))+ arrow(r)times arrow(r))= sum arrow(r)times (sum _(i != j) arrow(f)_(i j) + arrow(f)^("ext") _(i) )\
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sum arrow(r)times arrow(f)_(i j) = 1/2 sum (arrow(r)times arrow(f)+ arrow(r)times arrow(f))= 1/2 sum (arrow(r)_(i) - arrow(r)_(j) )times arrow(f)_(i j) = arrow(0)
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$
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Abgeschlossenes System: $(dif arrow(L)) / (dif t) = arrow(0)$
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$arrow(f)^("ext") _(i) != arrow(0) ==> dot(arrow(L))= sum_(i=1)^(N) (arrow(r)_(i) times arrow(f)^("ext") _(i) )= arrow(N)$
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Naechsten Montag weiter in den abgeschlossenen Systemen. Danach die zentral Potentiale.
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@@ -1,4 +1,4 @@
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#import "./preamble.typ": *
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#import "../preamble.typ": *
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#show: conf.with(num: 1)
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@@ -1,5 +1,5 @@
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// Diff template
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#import "./preamble.typ": *
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#import "../preamble.typ": *
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#show: conf.with(num: 1)
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198
S2/DiffII/VL/DiIIVL4.typ
Normal file
198
S2/DiffII/VL/DiIIVL4.typ
Normal file
@@ -0,0 +1,198 @@
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// Diff template
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#import "../preamble.typ": *
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#show: conf.with(num: 4)
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= Wiederholung
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Im $RR^n $ mit $p >= 1$ gilt $norm(x)_(p) = (sum_(i=1)^(n) abs(x_i )^(p) )^(1/p) $.
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Dabei ist $(RR^n , norm(dot)_(p) )$ ein Banachraum. Ein Spezialfall fuer $p=2$ ist das Skalarprodukt.
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Q: Erzeugt ein Skalarprodukt immer eine Norm?
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= Hilbertraeume
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Zur Erinnerung fuer einen Vektorraum $V$ ist ein K-VR mit Skalarprodukt $angle.l dot \, dot angle.r$ und $norm(dot):= sqrt(angle.l dot \, dot angle.r)$, dann gilt:
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abs(angle.l x \, y angle.r) <= norm(x)dot norm(y) space forall x,y in V.
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#lemma[
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Sei V ein K-VR mit $K in {RR,CC}$ mit Skalarprodukt $angle.l dot\,dot angle.r$. Dann definiert $norm(x)= sqrt(angle.l x\,x angle.r) , space x in V$ eine Norm auf V.
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]
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#proof[
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Dreiecksungleichung anwenden.
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norm(x+y)^2 = angle.l x+y \, x+y angle.r = angle.l x \, x angle.r + angle.l x \, y angle.r + angle.l y \, x angle.r + angle.l y \, y angle.r
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]
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#definition[
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Sei V ein K-Vr mit $K in {RR,CC}$ mit Skalarprodukt $angle.l dot \, dot angle.r$. Wir nennen V einen *Hilbertraum* falls V unter der erzeugten Norm $norm(x)= sqrt(angle.l x \, x angle.r) , space x in V$, vollstaendig ist.
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#example[
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- $RR^n $ mit dem Standardskalarprodukt ist ein Hilbertraum.
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Ein weiteres Beispiel ist der Folgenraum $l^2 $.
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Sei $l^2 := {a = (a_n )_(n in NN): a_n in CC space forall n in NN, sum_(i=1)^(oo) abs(a_n )^2 < oo }$.\
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Fuer $a in l^2 $ definiere
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$
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norm(a)_(2) = (sum_(n=1)^(oo) abs(a_n )^2 )^(1/2).
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Sind $a,b in l^2 , space N in NN$, so gilt
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sum_(i=0)^(oo) abs(a_n macron(b_n )) <=^("Cauchy-Schwarz") (sum_(i=0)^(oo) abs(a_n )^2 )^(1/2) (sum_(i=0)^(oo) abs(b_n )^2 )^(1/2) <= norm(a)^(2) norm(b)^(2).
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Also ist $angle.l a \, b angle.r = sum_(i=0)^(oo) a_n macron(b_n )$ absolut konvergent.
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Behauptung: $l^2 $ ist ien C-VR, denn sind $a,b in l^2 , space lambda in CC$ so gilt
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sum_(i=0)^(oo) abs(a_n + lambda b_n )^2 <= sum_( )^(oo) (abs(a_n )^2 + 2 abs(a_n )abs(lambda b_n )+ abs(lambda b_n )^2 ) \
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<= norm(a)^2 + 2 abs(lambda)norm(a)norm(b)+ norm(b)^2 abs(lambda)^2 < oo.
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T: $angle.l dot \, dot angle.r$ definiert ein Skalarprodukt auf $l^2 $.
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#theorem[
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$l^2 $ ist unter dem Skalarprodukt $angle.l a \, b angle.r = sum_( )^(oo) a_n macron(b_n )$ ein Hilbertraum.
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#proof[
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Sei $a^(k) = (a_n ^(k) )_(n in N)$ eine Cauchy-Folge im $l^2 $. \
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Fuer $epsilon > 0$ wahle $N in NN$ sodass $norm(a^(k) - a^(l) )_(2) < epsilon space forall n, l <= N$. \
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Dann gilt fuer $k,l >= N , space n in NN$
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$
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abs(a_n ^(k) - a_n ^(l) ) <= sum_(i=0)^(oo) abs(a_n ^(k) - a_n ^(l) )^2 = norm(a^(k) - a^(l) ) < epsilon^2 .
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$
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Es folgt dass $(a_n ^(k) )_(n in NN) $ fuer jeder $n in NN$ eine Cauchy-Folge ist, sei $a_n = lim_(k -> oo) a_n ^(k) in CC , space a = (a_n )^(n in NN) $.
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Betrachte $m in NN$ und $k,l >= NN$. Dann gilt
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sum_(i=0)^(oo) abs(a_n^(k) - a_n ^(l) ) ^2 < epsilon^2.
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Im Grenzwert $l -> oo$ folgt $sum_(i=0)^(oo) abs(a_n ^(k) - a_n )^2 < epsilon^2 space forall m in NN forall k >= N$. Im Grenzwert $m -> oo$ folgt $sum_(i=0)^(oo) abs(a_n ^(k) - a_n )^2 <= epsilon^2 space forall k >= N $, also $a^(k) - a in l^2 $ und damit $a in l^2 $. Aus der zweiten Ungleichung folgt ausserdem, dass $lim_(n -> oo) a^(n) = a$ in $l^2 $.
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]
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Nun folgt eine Anwendung.
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#definition[
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Sei X eine Menge, $(Y,d_(y) )$ eine vollstaendiger metrischer Raum und $f_n: X -> Y , space n in NN$ eine FOlge von Abbildungen. Wir sagen, dass $(f_n )_(n in NN) $ gleichmaessig konvergent ist, falls gilt
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forall epsilon > 0 exists N in NN forall x in X forall k,l >= N: d_(y) (f_k (x), f_(l) (x)) < epsilon.
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]
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+ Ist $(f_n )_(n in NN)$ gleichmaeig konvergent, so ist $(f_n (x))_(k in NN)$ fuer jedes $x in X$ eine Cauchy-Folge, d.h. $exists f (x) := lim_(n -> oo) f_n (x) space forall x in X $.
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||||
+ Ist $(f_n )_(n in NN) $ gleichmaessig konvergent mit $f (x) = lim_(n -> oo) f_n (x) , space x in X$ so gibt es fuer jedes $epsilon>0$ ein $N in NN$ sodass $d_(y) (f (x), f_n (x))<epsilon space forall n >= N forall x in X$.
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#proof[
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Bilde den Grenzwert $k -> oo$ in der Definition einer gleichmaessig konvergenten Folge von Abbildungen und verwende
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lim_(n -> oo) d_(y) (f_n (x), f_(l) (x))= d_(y) (lim_(n -> oo) f_n (x), f_(l) (x)).
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Dabei wird benutzt, dass
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abs(d (x_k ,y)- d (y,y)) <= d (x_k x).
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#example[
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Sei $P (z) = sum_( )^(oo) a_n z^(m) $ eine Potenzreihe mit $a_n in CC$, Konvergenzradius $r (P) >0$ und $0 < delta<r (P)$. So konvergiert die Funktionenfolge
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P_n; B_(delta) -> CC
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#highlight[TODO: finish on why this series converges]
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Q: Sei $A in M_(m times m) $. Koennen wir aehnlich $sum_(i=0)^(oo) a_i A^(i) $ definieren?
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_PAUSE_
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= Operatornorm
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Wie kann man eine sinnvolle Norm fuer Matrizen $A in M_(n times m)$ (Operatoren) definieren?
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Wie kann ich eine Konvergez fuer die lineare Abbildung $sum_(i=0)^(oo) a_i A^(i) $ definieren?
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#definition[
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Seien $(V,norm(dot)_(V) ),(W,norm(dot)_(W) )$ normierte K-VR und eine lineare Abbildungen $A: V -> W$ gegeben. Wir nennen A *beschraenkt*, falls es eine positiv reele Konstante $C$ gilt, sodass $norm(A x)_(W) <= C norm(x)_(V) space forall x in V $. \
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Ist A beschraenkt, so defninieren wir die *Operatornorm* von A durch
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norm(A) := sup_(x in V \ x != 0) (norm(A x)_(W) ) / (norm(x)_(V) ).
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#example[
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Betrachte $A = mat(
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3, 0;
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0, 2;
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) $ als lineare Abbildung $RR^2 -> RR^2 $ mit $norm(dot)_(2) $ auf $RR^2 $. Dann gelten die Aussagen
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$
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norm(A x)_(2) = sqrt((3 x_1 )^2 + (2 x_2 )^2 ) <= 3 norm((x_1 ,x_2 ))_(2) space forall x in RR^2 \
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norm(A e_1 )_(2) = norm((3,0))_(2) = 3 norm(e_1 )_(2),
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$also ist $norm(A) = 3$.
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#remark[
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Eine lineare Abbildung $A: V -> W$ zwischen K-VR $V,W$ nenn wir auch linearen Operator.
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#lemma[
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Seien $(V,norm(dot)_(V) ),(W,norm(dot)_(W) )$ normierte K-VR, $dim V < oo$ und $A: V -> W$ eine lineare Abbildung. Dann ist A beschraenkt.
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]
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#proof[
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Die erste Intuition ist, dass durch die endliche Dimension und die Linearitaet die Aussage entsteht.
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Fuer $x in V$ sei $norm(x)= norm(x)_(V) +norm(A x)_(W) $. Dann ist $norm(dot): V -> RR^(+) $ eine Norm auf V (Task).
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Nach Satz folgt, dass es ein $C>0$ gibt sodass
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$
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norm(x) <= C norm(x)_(V) space forall x in V. \
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==> norm(A x)_(W) <= C norm(x)_(V) space forall x in V.
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$
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Man kann den Beweis von den Aequivalenzen von Normen verwenden.
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]
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Ein Beispiel fuer einen unbeschraenkten lineare n Operator ist
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Der Startraum ist hier $V = C^(1) ([0,1])$. Und der Endraum $W = CC$.\
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Mit der verwendeten Norm $norm(f)= sup_(t in [0,1]) abs(f (t))$.
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Nun ist die Abbildung $A: V -> W$ gegeben durch $A f := f'(0)$. Dann ist A nicht beschraenkt, da Oszillierende Funktionen wie $sin (n x)$. Denn $norm(f_n ) <= 1$ aber $abs(f'_(n) (0))= n$.
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#remark[
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Ist $A: V -> W$ ein beschraenkter, linearer Operator, so gilt fuer $x,y in V$:
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$
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d_(W) (A x,A y) = norm(A x - A y)_(W) = norm(A (x - y))_(W) <= norm(A) norm(x - y)_(V) = norm(A) dot d_(V) (x,y).
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$
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]
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#definition[
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Seien $(X,d_(x) )$ und $(Y,d_(y) )$ metrische Raeume und $f: X -> Y$ eine Abbildung. Wir nennen $f$ Lipschitz-stetig falls es ein $L >=0 $ gibt sodass
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$
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d_(y) (f (y_1 ), f (y_2 )) <= L d_(x) (y_1, y_2 ) space forall y_1, y_2 in X.
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$
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#theorem[
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Sei $A: V -> W$ ein linearer Operator zwischen normierten Raeumen $W,V$. Dann sind die folgenden Aussagen aequivalent:
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+ A ist beschraenkt
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+ A ist stetig
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+ A ist stetig an der Stelle $x = 0$ $==>$ A ist beschraenkt
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#proof[
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Sei A stetig in $x = 0$. Wegen $A dot 0 = 0$ gibt es ein $delta > 0$ sodass $norm(A x)_(W) <= 1$ fuer alle $x in V "mit" norm(x)_(V) <= delta$. Sei $x in V \\ {0}$. Dann ist $norm((delta) / (norm(x)_(V) ) )_(V) = delta$
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und damit $1 >= norm(A (delta) / (norm(x)_(V) ) x_(W) )= norm((delta) / (norm(x)_(V) ) A x )_(W) = (delta) / (norm(x)_(V) ) norm(A x)_(W) $.
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Es folgt $norm(A x)_(W) <= (1) / (delta)norm(x)_(V) space forall x in V $ und A ist beschraenkt.
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Binary file not shown.
@@ -1,5 +1,5 @@
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// Diff template
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#import "./preamble.typ": *
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#import "../preamble.typ": *
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#show: conf.with(num: 1)
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107
S2/Neuro/VL/NeuroVL2.typ
Normal file
107
S2/Neuro/VL/NeuroVL2.typ
Normal file
@@ -0,0 +1,107 @@
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#import "../preamble.typ": *
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#show: conf.with(num: 1)
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= Membrane Potential
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Outside the cells in the brain there is salt.
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Inside there is potassium.
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== Prerequisites for a Neuron to fire
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_Watch the embedded movie._
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There are different potentials build up in the membrane.
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+ The charge is in equillibrium. But there is a gradient of Pr and Cl
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+ Cloride will diffuse $==>$ on that side there are too many negative charges
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+ The negative charge pushes the potassium to this side
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+ Finally a potassium gradient stabilizes
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Why is the resulting potential negative?
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== Nernst and general Nernst eqation
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V_(x) = (R T) / (z F) ln ([X]_(o) ) / ([X]_(i) ) \
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V_(x) = (R T) / (z F) ln (P_("K") [K]_(o) + P_("Cl") ["Cl"]_(o) + ... ) / (P_("K") [K]_(i) + P_("Cl") ["Cl"]_(i) + ... ) \
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$
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When the permeability for the potassium is low then the other ones play a bigger role.
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Potential is only there when permeability is existing.
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Q: What is similar to a low pass filter.
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In reality there are multiple conducters connected in parralel. Also the conductivity of the Na and K channles are changable.
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Q: What does a conductivity of $oo$ mean?
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= Hodgkin and Huxley
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Q: What have they done?
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A: They used squids to measure the axons, because they are $1"mm"$ thick
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Types of Neuronal Recording Methods
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- EEG (on top of the head)
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- ECoG (small hole in the head)
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- Extracellular (needles in the brain)
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- Intra cellular (needles in the cell of the brain)
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== Action Potential
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+ The cell gets excited
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+ Chainreaction of channel opening and gradient stabilisation
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- Sodium channels open
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- K chanels open
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- Na channels become refactory
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- ...
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+ Refactory period
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+ ...
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#highlight[TODO: continue the steps]
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Currents can add up to trigger an AP. THe refactory period is the time after an AP when Na channles are inactive. The firing rate is increaed with a highter input strenght.
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The lenght of the potiential depends on the type of cell. Then the refactory period is also longer. \
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The maximum firing rate is limited by the absolute refactory period.
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== The actual model
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I_("inj") = I_(C) + sum I_(k) (t) , space C = Q/u , space I_(C) = C (dif u) / (dif t) = C (dif V) / (dif t) \
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I_(x) = I_(x) \
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C (dif V_m ) / (dif t) = - sum I_(k) + I_("inj") (t) \
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sum I_k = g_("Na") (V_m - V_("Na") )+ g_(K) (V_m - V_(K) )+ g_(L) (V_(m) - V_(L) )\
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C (dif V_m ) / (dif t) = - g_("Na") (V_m - V_("Na") )- g_(K) (V_m - V_(K) )- g_(L) (V_(m) - V_(L) ) + I_("inj") (t) \
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$
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Now the Equation becomes time dependent
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$
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C (dif V_m ) / (dif t) = - macron(g)_("Na") m^(3) h (V_m - V_("Na") )- macron(g)_(K) n (V_m - V_(K) )- macron(g)_(L) (V_(m) - V_(L) ) + I_("inj") (t). \
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dot(x)= - (1) / (tau_(x) u_(b)) A .
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$
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Capacitance is a biological constant.
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== Voltabe clamp method
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With this method it is possible to stimulate a cell and measure the floating current at the same time.
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There are substances to kill certain types of channels in the cell. If done so the graph of the potential changes.
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Also there is a method to measuer individual channels and their current they leave through.The AP is a positive feedback loop.
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The sodium channels cannot immeadiately open again. It takes about 1ms for them to open again. When measuring one always measurers multiple fibres (Suberposition).
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In the heart there are calcium channels.
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_Max firing frequency is about $1"kHz"$_
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== Propagation of AP
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There are multiple Methods of propagation the AP. One is to recreate the AP along the way (this takes time but is faster with higher diameter of the axon).
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The other method is the saltatory "jumpy" conduction. This is much faster and the AP jumps between the isolations.
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20
S2/Neuro/preamble.typ
Normal file
20
S2/Neuro/preamble.typ
Normal file
@@ -0,0 +1,20 @@
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#import "../../default.typ": *
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#let rot = math.op("rot")
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#let grad = math.op("grad")
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#let conf(num: none, date: "", body) = {
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// Global settings
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show: default
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// Set the header
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[ExPhy II \ Vorlesung #(num) \ #(date) \ Jonas Hahn]
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// Make the outline
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outline()
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// load the document
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body
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}
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@@ -1,4 +1,4 @@
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#import "./preamble.typ": *
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#import "../preamble.typ": *
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#show: conf.with(num: 1)
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Reference in New Issue
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