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© 2001-2007 Prof. Dr. Hans Wilhelm Alt, University Bonn, Germany

Definition ( C1 -boundary)

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 C1 -Rand    [definition:6-2]

Sei  Ω⊂Rn  offen,  x0 ∈∂Ω . Wir sagen,  Ω  hat einen  C1 -Rand in  x0 ∈∂Ω , falls eine offene Menge  U ⊂Rn  existiert mit  x0 ∈U , so dass  ∂Ω∩U  ein  (n-1) -dimensionales  C1 -Flächenstück ist und  U ∩∂Ω= U ∩∂clos(Ω) .

Wir stellen nun einige Konsequenzen aus der Definition zusammen:

  • [definition:6-2-(1)] Für  x∈U∩∂Ω  ist  Tx(clos(Ω))  ein Halbraum, der den Unterraum  Tx(∂Ω)  enthält.
  • [definition:6-2-(2)] Zu  x∈U∩∂Ω  gibt es genau ein  νΩ(x)∈Rn  mit  |νΩ(x)|=1  und
    v•νΩ(x)≦0 für alle v∈Tx(clos(Ω)).
     νΩ(x)  heißt äußere Normale von  Ω  in  x .
  • [definition:6-2-(3)] Die Abbildung  νΩ:U∩∂Ω → Rn  ist stetig.

Proof. Nach Satz satz:5-4 gilt:  U∩∂Ω  ist  C1 -Graph, falls  U  geeignet gewählt wird. D. h. es gibt  D⊂Rn-1  offen und zusammenhängend und  g:D → R  stetig differenzierbar (siehe Abbildung fig:c1-rand-1), so dass
{(y,g(y))∈Rn;  y∈D}=U∩∂Ω.

-*- FIGURE NOT AVAILABLE -*-
  [fig:c1-rand-1]

Ohne Einschränkung sei  U={(y,z);  y∈D,|z-g(y)|<δ}  mit  δ>0 . Dies lässt sich durch geignetes Einschränken von  D  und  U  erreichen (siehe Abbildung fig:c1-rand-2).

-*- FIGURE NOT AVAILABLE -*-
  [fig:c1-rand-2]

Da nach Voraussetzung  U∩∂Ω=U∩∂clos(Ω)  ist, gilt entweder:

U∩Ω={(y,z);  y∈D,0<z-g(y)<δ}
oder:
U∩Ω={(y,z);  y∈D,0>z-g(y)>-δ}.
Wir betrachten im Folgenden den zweiten Fall (siehe Abbildung fig:c1-rand-3), der erste Fall wird analog behandelt. Für  x=(y,g(y))=:γ(y)  ist dann nach sect:tangentialraum
Tx(∂Ω)=span{(ej,∂jg(y));  j=1,...,n-1},
und es lässt sich leicht zeigen, dass
Tx(Ω)={v+(0,z);  v∈Tx(∂Ω), z<0}.

-*- FIGURE NOT AVAILABLE -*-
  [fig:c1-rand-3]

Dann muss  νΩ(x)  der auf  Tx(∂Ω)  senkrecht stehende Einheitsvektor sein, der "nach oben" zeigt, d. h. in Richtung mit positiver  n -ter Komponente. Dies ist der Vektor

[eq:6-normal]
νΩ(x)=
1
 
sqrt(1+∇g(y)|2)
(-∇g(y),1),
denn  (-∇g(y),1)•(ej,∂jg(y))=-∇g(y)•ej+∂jg(y)=0  und  νΩ(x)•en>0 .


Version 1.7
H.W. Alt - 02.01.2007

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