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Aufgabenstellung:

Gegeben sei die Funktion mit

Zeige mit dem Banachschen Fixpunktsatz, dass genau einen Fixpunkt im Intervall besitzt.

Lösungsweg:

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Daraus ergibt sich das Fixpunktproblem:

Prüfe die Voraussetungen für den Banachschen Fixpunktsatz:

Haben wir hier einen Banachraum?

Der Raum ist ein Banachraum.

Ist das Intervall abgeschlossen?

Die Menge ist abgeschlossen

Selbstabbildung:

schätze nach oben ab:

Somit ist monoton steigend auf [0,1]

Berechne die Funktionswerte an den Grenzen:

Somit gilt mit der Monotonie von

Kontraktivität:

Beachte hier: und die Monotonie der arctan-Funktion:

Somit sind alle Voraussetzungen für den Banachschen Fixpunktsatz erfüllt.

Lösung:

Insgesamt darf der Banachsche Fixpunktsatz angewendet werden und es gilt:

Jede Picard-Iteration konvergiert gegen den eindeutigen Fixpunkt: