Vorwort zur 24. Auflage | 7 |
Aus dem Vorwort zur 23. Auflage | 7 |
Inhaltsverzeichnis | 9 |
1 Logik, Mengen, Zahlensysteme | 23 |
1.1 Aussagenlogik | 23 |
1.1.1 Allgemeines | 23 |
1.1.2 Ein- und zweistellige Boolesche Funktionen | 25 |
1.1.3 Boolesche Algebra | 27 |
1.1.4 Normalformen | 29 |
1.2 Prädikatenlogik | 31 |
1.3 Mengen | 32 |
1.3.1 Allgemeines | 32 |
1.3.2 Mengenoperationen | 35 |
1.3.3 Beziehungen, Gesetze, Rechenregeln | 37 |
1.3.4 Relationen | 38 |
1.3.5 Intervalle | 40 |
1.3.6 Unscharfe Mengen | 40 |
1.4 Zahlensysteme | 42 |
1.4.1 Polyadische Zahlensysteme | 42 |
1.4.2 Römisches Zahlensystem | 47 |
2 Arithmetik | 48 |
2.1 Menge der reellen Zahlen | 48 |
2.1.1 Standard-Zahlenmengen | 48 |
2.1.2 Grundoperationen an reellen Zahlen | 50 |
2.1.2.1 Die vier Grundrechenarten | 50 |
2.1.2.2 Proportionen, Verhältnisgleichungen | 54 |
2.1.2.3 Prozentrechnung | 55 |
2.1.2.4 Näherung | 56 |
2.1.2.5 Fehlerrechnung | 57 |
2.1.2.6 Betrag und Signum | 58 |
2.1.2.7 Summen- und Produktzeichen | 59 |
2.1.3 Potenzen und Wurzeln | 61 |
2.1.4 Logarithmen | 63 |
2.1.5 Fakultät und Binomialkoeffizient | 65 |
2.2 Menge der komplexen Zahlen | 68 |
2.2.1 Grundbegriffe | 68 |
2.2.2 Darstellungsformen komplexer Zahlen | 71 |
2.2.3 Grundrechenarten mit komplexen Zahlen | 72 |
2.2.4 Potenzen und Wurzeln komplexer Zahlen | 73 |
2.2.5 Natürliche Logarithmen komplexer Zahlen | 75 |
2.3 Kombinatorik | 76 |
2.3.1 Permutationen | 76 |
2.3.2 Variationen | 78 |
2.3.3 Kombinationen | 79 |
2.4 Folgen | 81 |
2.4.1 Allgemeines | 81 |
2.4.2 Schranken, Grenzen, Grenzwert einer Folge | 82 |
2.4.3 Arithmetische und geometrische Folgen | 85 |
2.4.4 Finanzmathematik | 88 |
2.4.4.1 Zinsrechnung | 88 |
2.4.4.2 Zinseszinsrechnung | 89 |
2.4.4.3 Rentenrechnung | 90 |
2.4.4.4 Schuldentilgung, Annuität | 91 |
3 Gleichungen und Ungleichungen | 93 |
3.1 Allgemeines | 93 |
3.2 Lineare algebraische Gleichungen und Ungleichungen | 98 |
3.2.1 Lineare Gleichungen und Ungleichungen mit einer Variablen | 98 |
3.2.2 Lineare Gleichungen und Ungleichungen mit mehreren Variablen | 100 |
3.3 Nichtlineare Gleichungen | 103 |
3.3.1 Nichtlineare algebraische Gleichungen | 103 |
3.3.1.1 Quadratische Gleichungen und Ungleichungen mit einer Variablen | 103 |
3.3.1.2 Quadratisches Gleichungssystem mit zwei Variablen | 105 |
3.3.1.3 Kubische Gleichungen | 106 |
3.3.1.4 Gleichungen 4. Grades | 108 |
3.3.1.5 Symmetrische Gleichungen | 108 |
3.3.1.6 Algebraische Gleichungen n-ten Grades | 109 |
3.3.1.7 Horner-Schema | 110 |
3.3.1.8 Wurzelgleichungen mit einer Variablen | 113 |
3.3.2 Transzendente Gleichungen | 113 |
3.3.2.1 Exponentialgleichungen | 113 |
3.3.2.2 Logarithmische Gleichungen | 114 |
3.3.2.3 Goniometrische Gleichungen | 115 |
3.3.2.4 Betragsgleichungen und -ungleichungen | 116 |
3.4 Numerische Verfahren | 116 |
3.4.1 Bisektionsverfahren | 117 |
3.4.2 Fixpunktiteration | 118 |
3.4.3 Newtonsches (Tangenten-)Näherungsverfahren | 120 |
3.4.4 Sekantenmethode (Regula falsi) | 121 |
3.5 Nichtlineare Gleichungssysteme | 122 |
3.6 Grafische Lösung von Gleichungen | 125 |
4 Elementare Geometrie | 126 |
4.1 Planimetrie, ebene Trigonometrie | 126 |
4.1.1 Winkel | 126 |
4.1.2 Teilungen, Ähnlichkeit, Kongruenz, Symmetrie | 128 |
4.1.3 Dreieck | 131 |
4.1.3.1 Schiefwinkliges Dreieck | 132 |
4.1.3.2 Gleichschenkliges und gleichseitiges Dreieck | 137 |
4.1.3.3 Rechtwinkliges Dreieck | 138 |
4.1.4 Vierecke | 140 |
4.1.4.1 Trapez | 140 |
4.1.4.2 Parallelogramme | 141 |
4.1.4.3 Unregelmäßige Vierecke mit Umkreis bzw. Inkreis | 142 |
4.1.5 Vielecke (Polygone) | 143 |
4.1.5.1 Ebene sternförmige n-Ecke | 143 |
4.1.5.2 Regelmäßige (reguläre) Vielecke | 143 |
4.1.5.3 Einige bestimmte regelmäßige Vielecke | 144 |
4.1.5.4 Konstruktion der einfachen regelmäßigen Vielecke | 145 |
4.1.6 Der Kreis | 146 |
4.1.6.1 Sätze zum Kreis | 146 |
4.1.6.2 Kreisberechnungen | 147 |
4.2 Geometrische Körper (Stereometrie) | 149 |
4.2.1 Allgemeines | 149 |
4.2.2 Ebenflächig begrenzte Körper (Polyeder, Vielflache) | 151 |
4.2.2.1 Prismatische Körper | 151 |
4.2.2.2 Pyramide, Pyramidenstumpf | 152 |
4.2.2.3 Prismoid | 153 |
4.2.2.4 Die fünf regelmäßigen Polyeder | 154 |
4.2.3 Krummflächig begrenzte Körper | 156 |
4.2.3.1 Zylinder, Zylinderabschnitt | 156 |
4.2.3.2 Kegel, Kegelstumpf | 157 |
4.2.3.3 Kugel | 158 |
4.2.3.4 Tonne, Torus | 160 |
4.2.3.5 Fraktale Geometrie | 160 |
4.3 Sphärische Trigonometrie | 162 |
4.3.1 Allgemeines | 162 |
4.3.2 Rechtwinkliges sphärisches Dreieck | 163 |
4.3.3 Schiefwinkliges sphärisches Dreieck | 164 |
4.3.4 Berechnung sphärischer Dreiecke | 166 |
4.3.5 Mathematische Geografie | 167 |
5 Lineare Algebra | 170 |
5.1 Vektorraum | 170 |
5.2 Matrizen | 174 |
5.2.1 Matrizenarten, Definitionen | 174 |
5.2.1.1 Allgemeines | 174 |
5.2.1.2 Quadratische Matrizen | 176 |
5.2.1.3 Inverse Matrix, (Um)Kehrmatrix | 182 |
5.2.1.4 Rang einer Matrix | 183 |
5.2.1.5 Matrizennormen | 184 |
5.2.1.6 Grenzwert, Differenzialquotient, Integral | 185 |
5.2.2 Matrizengesetze | 185 |
5.2.2.1 Gleichheit und Summe zweier Matrizen | 185 |
5.2.2.2 Multiplikation von Matrizen | 185 |
5.2.3 Matrizengleichungen | 188 |
5.2.4 Eigenwerte und Eigenvektoren quadratischer Matrizen | 189 |
5.2.5 Numerische Verfahren | 192 |
5.2.5.1 Householder-Orthogonalisierung(-Transformation) | 192 |
5.2.5.2 QR-Verfahren | 194 |
5.2.5.3 Vektoriteration (Potenzmethode, v.-Mises-Verfahren) | 194 |
5.3 Determinanten | 195 |
5.3.1 Determinante einer quadratischen Matrix | 195 |
5.3.2 Berechnung von Determinanten | 196 |
5.3.3 Rechenregeln für Determinanten | 198 |
5.3.4 Praktische Berechnung einer Determinante | 199 |
5.4 Lineare Gleichungssysteme | 200 |
5.4.1 Allgemeines | 200 |
5.4.2 Lösbarkeit linearer Gleichungssysteme | 201 |
5.4.3 Lösungsverfahren für lineare Gleichungssysteme | 203 |
5.4.3.1 Einfacher und verketteter Gaußscher Algorithmus | 204 |
5.4.3.2 Gaußscher Algorithmus für Systeme mit gleicher Matrix A und m rechten Seiten | 208 |
5.4.3.3 Gauß-Jordan-Verfahren zur Matrixinversion | 209 |
5.4.3.4 Gaußscher Algorithmus für symmetrische, positiv definite Koeffizientenmatrix, Cholesky-Verfahren | 210 |
5.4.3.5 Gleichungssysteme mit symmetrischer, tridiagonaler, positiv definiter Matrix | 211 |
5.4.3.6 Gauß-Seidelsches Iterationsverfahren | 211 |
5.4.3.7 Austauschverfahren | 215 |
5.4.4 Cramersche Regel | 215 |
5.4.5 Überbestimmte lineare Gleichungssysteme | 216 |
5.5 Lineare Optimierung | 218 |
5.5.1 Allgemeines | 218 |
5.5.2 Grafische Lösung für zwei Variable | 220 |
5.5.3 Simplexalgorithmus | 221 |
5.6 Abbildungen | 225 |
5.6.1 Lineare Abbildungen | 225 |
5.6.2 Affine Abbildungen | 228 |
5.6.2.1 Allgemeines | 228 |
5.6.2.2 Allgemeine, nicht winkeltreue affineAbbildungen | 233 |
5.6.2.3 Ähnlichkeitsabbildungen | 236 |
5.6.2.4 Kongruenzabbildungen | 237 |
5.7 Koordinatentransformation | 240 |
5.7.1 Allgemeines | 240 |
5.7.2 Orthogonale Koordinatentransformation in der Ebene | 241 |
5.7.3 Orthogonale Koordinatentransformation im Raum | 242 |
6 Vektoren, Analytische Geometrie | 246 |
6.1 Vektoren, Grundlagen | 246 |
6.2 Vektoralgebra | 251 |
6.2.1 Addition und Subtraktion von Vektoren | 251 |
6.2.2 Multiplikation von Vektoren | 253 |
6.2.2.1 Multiplikation eines Vektors mit einem Skalar | 253 |
6.2.2.2 Skalarprodukt (inneres Produkt, Punktprodukt) | 253 |
6.2.2.3 Vektorprodukt (äußeres Produkt, Kreuzprodukt) | 255 |
6.2.2.4 Mehrfache Produkte von Vektoren | 257 |
6.3 Koordinatensysteme | 258 |
6.3.1 Allgemeines | 258 |
6.3.2 Ebene (2D-)Koordinatensysteme | 259 |
6.3.3 Räumliche (3D-)Koordinatensysteme | 260 |
6.4 Punkte, Kurven 1. Ordnung | 263 |
6.4.1 Punkte | 263 |
6.4.2 Gerade, Strahl, Strecke | 264 |
6.4.2.1 Punktmengen, Teilung einer Strecke | 264 |
6.4.2.2 Gleichungen einer Geraden in der(x, y)-Ebene | 266 |
6.4.2.3 Gleichungen einer Geraden im Raum | 268 |
6.4.2.4 Abstand eines Punktes von einer Geraden | 271 |
6.4.3 Mehrere Geraden | 272 |
6.4.3.1 Schnittpunkt zweier Geraden | 272 |
6.4.3.2 Schnittwinkel zweier Geraden | 274 |
6.4.3.3 Abstand zweier Geraden | 276 |
6.4.3.4 Drei und mehr Geraden | 277 |
6.5 Ebenen | 277 |
6.5.1 Eine Ebene | 278 |
6.5.1.1 Gleichungen einer Ebene im Raum | 278 |
6.5.1.2 Richtungskosinus der Normalen einer Ebene | 282 |
6.5.1.3 Abstand eines Punktes P1 von einer Ebene | 282 |
6.5.1.4 Durchstoßpunkt D einer Geraden durch eine Ebene | 283 |
6.5.1.5 Winkel phi zwischen Gerade und Ebene | 284 |
6.5.2 Zwei Ebenen | 285 |
6.5.3 Drei und mehr Ebenen | 286 |
6.5.4 Flächeninhalt, Schwerpunkt, Volumen | 287 |
6.6 Kurven 2. Ordnung (Kegelschnitte) | 288 |
6.6.1 Allgemeines | 288 |
6.6.2 Kreis | 290 |
6.6.2.1 Gleichungen des Kreises | 290 |
6.6.2.2 Schnittpunkte einer Geraden mit einem Kreis | 292 |
6.6.2.3 Tangente und Normale eines Kreises | 293 |
6.6.2.4 Polare eines Punktes in Bezug auf einen Kreis | 293 |
6.6.2.5 Potenz p eines Punktes in Bezug auf einen Kreis | 294 |
6.6.2.6 Kreisbüschel | 295 |
6.6.3 Ellipse | 295 |
6.6.3.1 Gleichungen der Ellipse | 295 |
6.6.3.2 Schnittpunkte einer Geraden mit einer Ellipse | 297 |
6.6.3.3 Tangente, Normale und Durchmesser einer Ellipse | 298 |
6.6.3.4 Polare eines Punktes in Bezug auf eine Ellipse | 299 |
6.6.3.5 Krümmung einer Ellipse | 299 |
6.6.3.6 Haupt- und Nebenkreis einer Ellipse | 300 |
6.6.3.7 Flächeninhalt und Umfang von Ellipse, Ellipsensegment und Ellipsensektor | 300 |
6.6.3.8 Ellipsenkonstruktionen | 301 |
6.6.4 Parabel | 303 |
6.6.4.1 Gleichungen der Parabel | 303 |
6.6.4.2 Schnittpunkte einer Geraden mit einer Parabel | 305 |
6.6.4.3 Tangente und Normale einer Parabel | 306 |
6.6.4.4 Polare eines Punktes in Bezug auf eine Parabel | 306 |
6.6.4.5 Krümmung einer Parabel | 307 |
6.6.4.6 Parabelsegment, Parabelbogen, Brennstrahl | 307 |
6.6.4.7 Parabelkonstruktionen | 308 |
6.6.5 Hyperbel | 309 |
6.6.5.1 Gleichungen der Hyperbel | 310 |
6.6.5.2 Schnittpunkt einer Geraden mit einer Hyperbel | 312 |
6.6.5.3 Tangente und Normale einer Hyperbel | 313 |
6.6.5.4 Polare eines Punktes in Bezug auf eine Hyperbel | 314 |
6.6.5.5 Krümmung einer Hyperbel | 315 |
6.6.5.6 Hyperbelsegment und Hyperbelsektor | 316 |
6.6.5.7 Hyperbelkonstruktionen | 316 |
6.7 Flächen 2. Ordnung | 318 |
6.7.1 Allgemeines | 318 |
6.7.2 Kugel | 319 |
6.7.3 Ellipsoid | 320 |
6.7.4 Hyperboloid | 321 |
6.7.5 Kegel | 323 |
6.7.6 Zylinder | 324 |
6.7.7 Paraboloid | 325 |
6.8 Hauptachsentransformation | 327 |
7 Funktionen und Kurven | 336 |
7.1 Allgemeines | 336 |
7.1.1 Funktionen mit einer unabhängigen Variablen | 336 |
7.1.2 Funktionen mit mehreren Variablen | 340 |
7.2 Rationale Operationen mit Funktionen | 342 |
7.3 Grenzwerte, unbestimmte Ausdrücke | 343 |
7.3.1 Grenzwert einer Funktion | 343 |
7.3.2 Unbestimmte Ausdrücke | 346 |
7.4 Eigenschaften reeller Funktionen | 348 |
7.4.1 Ausgewählte Eigenschaften | 348 |
7.4.2 Nullstellen einer Funktion | 351 |
7.4.3 Stetigkeit einer Funktion | 352 |
7.5 Ausgewählte Funktionen | 355 |
7.6 Rationale Funktionen | 357 |
7.6.1 Ganzrationale Funktionen (Polynome) | 357 |
7.6.2 Interpolation | 360 |
7.6.2.1 Allgemeines | 360 |
7.6.2.2 Interpolationsformel von Lagrange | 361 |
7.6.2.3 Interpolationsformel von Newton | 362 |
7.6.2.4 Interpolation durch kubische Splines | 364 |
7.6.3 Gebrochenrationale Funktionen | 367 |
7.7 Nichtrationale Funktionen | 369 |
7.7.1 Allgemeine Potenzfunktionen | 369 |
7.7.2 Exponentialfunktionen | 370 |
7.7.3 Logarithmusfunktionen | 373 |
7.7.4 Winkelfunktionen, trigonometrische Funktionen | 374 |
7.7.4.1 Allgemeines | 374 |
7.7.4.2 Goniometrische Beziehungen | 378 |
7.7.4.3 Allgemeine Sinusfunktion (harmonische Schwingung) | 382 |
7.7.4.4 Modulation | 383 |
7.7.4.5 Überlagerung (Superposition) von Schwingungen | 385 |
7.7.4.6 Komplexe Zeigerdarstellung von Sinusgrößen | 389 |
7.7.5 Zyklometrische Funktionen, Arkusfunktionen | 391 |
7.7.6 Hyperbelfunktionen | 395 |
7.7.7 Areafunktionen | 400 |
7.8 Algebraische Kurven höherer Ordnung | 402 |
7.8.1 Kurven 3. Ordnung | 403 |
7.8.2 Kurven 4. Ordnung | 404 |
7.9 Zykloiden (Rollkurven) | 406 |
7.9.1 Gewöhnliche (gespitzte) Zykloide | 406 |
7.9.2 Epizykloiden | 407 |
7.9.3 Hypozykloiden | 409 |
7.10 Spirallinien | 411 |
7.10.1 Logarithmische Spirale | 411 |
7.10.2 Archimedische Spirale | 412 |
7.10.3 Hyperbolische Spirale | 412 |
7.11 Weitere ebene Kurven | 413 |
7.11.1 Kettenlinie | 413 |
7.11.2 Traktrix | 414 |
7.12 Komplexe Funktionen | 414 |
7.12.1 Allgemeines | 414 |
7.12.2 Konforme Abbildungen | 417 |
7.12.2.1 Lineare und quadratische konforme Abbildungen | 417 |
7.12.2.2 Möbius-Abbildung und Inversion | 418 |
8 Differenzialrechnung | 422 |
8.1 Funktionen einer Variablen | 422 |
8.1.1 Allgemeines | 422 |
8.1.2 Erste Ableitungen der elementaren Funktionen | 424 |
8.1.3 Differenziationsregeln, Ableitungsregeln | 425 |
8.1.3.1 Grundregeln | 425 |
8.1.3.2 Höhere Ableitungen und Differenziale | 427 |
8.1.3.3 Differenziation impliziter FunktionenF(x, y) = 0 | 428 |
8.1.3.4 Differenziation von Funktionen in Parameterform | 429 |
8.1.3.5 Differenziation von Funktionen in Polar-koordinaten | 429 |
8.1.4 Grafische Differenziation | 430 |
8.1.5 Numerische Differenziation | 430 |
8.1.6 Logarithmische Differenziation | 431 |
8.1.7 Mittelwertsätze | 432 |
8.2 Funktionen mehrerer Variablen | 433 |
8.2.1 Partielle Ableitung 1. Ordnung | 433 |
8.2.2 Höhere partielle Ableitungen | 434 |
8.2.3 Totale Ableitungen für zwei Variable | 435 |
8.3 Anwendungen | 437 |
8.3.1 Monotonie und Krümmungsverhalten | 437 |
8.3.2 Extrema von Funktionen einer Variablen | 441 |
8.3.3 Wendepunkte und singuläre Punkte | 445 |
8.3.4 Asymptoten | 447 |
8.3.5 Hüllkurven | 448 |
8.3.6 Kurvendiskussion | 449 |
8.3.7 Extrema von Funktionen mehrerer Variablen | 449 |
8.4 Differenzialgeometrie | 452 |
8.4.1 Ebene Kurven | 452 |
8.4.1.1 Bogenelement einer ebenen Kurve | 452 |
8.4.1.2 Tangente und Normale einer ebenen Kurve | 452 |
8.4.1.3 Zwei ebene Kurven | 454 |
8.4.2 Raumkurven | 455 |
8.4.2.1 Darstellungen im kartesischen Koordinatensystem | 455 |
8.4.2.2 Bogenelement einer Raumkurve | 455 |
8.4.2.3 Tangente und Normale einer Raumkurve | 455 |
8.4.2.4 Krümmung einer Raumkurve | 459 |
8.4.2.5 Windung (Torsion) einer Raumkurve | 460 |
8.4.3 Flächen im Raum | 461 |
9 Integralrechnung | 468 |
9.1 Allgemeines | 468 |
9.1.1 Unbestimmtes Integral | 468 |
9.1.2 Bestimmtes Integral (Riemannsches Integral) | 469 |
9.1.3 Uneigentliche Integrale | 472 |
9.2 Grundintegrale, Stammintegrale | 474 |
9.3 Integrationsregeln und -verfahren | 475 |
9.3.1 Grundregeln der Integralrechnung | 475 |
9.3.2 Integration durch Substitution | 475 |
9.3.3 Partielle Integration (Produktintegration) | 479 |
9.3.4 Integration nach Partialbruchzerlegung | 479 |
9.3.5 Integration nach Reihenentwicklung | 482 |
9.3.6 Grafische Integration | 484 |
9.4 Numerische Integration | 485 |
9.4.1 Allgemeines | 485 |
9.4.2 Newton-Cotes-Formeln | 486 |
9.4.2.1 Rechteckformel | 488 |
9.4.2.2 Sehnentrapezformel | 489 |
9.4.2.3 Simpsonsche Formel, KeplerscheFassformel | 489 |
9.4.2.4 Newtonsche 3/8-Formel | 490 |
9.4.2.5 Tangententrapezformel | 491 |
9.4.3 Gausssches Quadraturverfahren | 492 |
9.4.4 Romberg-Quadraturverfahren | 493 |
9.5 Bereichsintegrale, Gebietsintegrale | 495 |
9.5.1 Zweidimensionales Bereichsintegral, Doppelintegral | 495 |
9.5.2 Raumintegral, Volumenintegral, Dreifachintegral | 498 |
9.6 Anwendungen der Integralrechnung | 499 |
9.6.1 Geometrische Anwendungen | 499 |
9.6.1.1 Flächeninhalte (Quadratur) | 499 |
9.6.1.2 Bogenlänge (Rektifikation) | 502 |
9.6.1.3 Mantelflächen von Rotationskörpern(Komplanation) | 502 |
9.6.1.4 Volumen von Rotationskörpern (Kubatur) | 502 |
9.6.1.5 Volumen eines Körpers | 503 |
9.6.2 Technisch-physikalische Anwendungen | 504 |
9.6.2.1 Bewegungen, Kinematik | 504 |
9.6.2.2 Arbeit | 504 |
9.6.2.3 Zeitlich veränderliche Ströme und Spannungen | 505 |
9.6.2.4 Momente 1. Grades | 505 |
9.6.2.5 Schwerpunkte | 507 |
9.6.2.6 Momente 2. Grades (Festigkeitslehre) | 509 |
9.6.2.7 Massenmomente 2. Grades (Dynamik) | 510 |
10 Vektoranalysis | 512 |
10.1 Vektorfunktionen | 512 |
10.2 Felder | 513 |
10.3 Gradient eines skalaren Feldes | 516 |
10.4 Divergenz eines Vektorfeldes | 518 |
10.5 Rotation eines Vektorfeldes | 520 |
10.6 Kurvenintegrale (Linienintegrale) | 522 |
10.6.1 Kurvenintegral erster Art | 522 |
10.6.2 Kurvenintegral (zweiter Art) | 523 |
10.7 Flächenintegrale (Oberflächenintegrale) | 528 |
10.7.1 Flächenintegral erster Art | 528 |
10.7.2 Flächenintegral zweiter Art | 529 |
10.8 Integralsätze | 531 |
10.8.1 Gaussscher Integralsatz | 531 |
10.8.2 Stokesscher Integralsatz | 533 |
11 Differenzialgleichungen | 536 |
11.1 Allgemeines | 536 |
11.1.1 Differenzialgleichungen, Arten | 536 |
11.1.2 Gewöhnliche Differenzialgleichungen | 537 |
11.2 Differenzialgleichungen 1. Ordnung | 542 |
11.2.1 Differenzialgleichungen mit trennbaren Variablen | 542 |
11.2.2 Gleichgradige Differenzialgleichungen 1. Ordnung | 544 |
11.2.3 Lineare Differenzialgleichungen 1. Ordnung | 545 |
11.2.3.1 Homogene lineare Differenzialgleichungen 1. Ordnung | 545 |
11.2.3.2 Inhomogene lineare Differenzialgleichungen 1. Ordnung | 546 |
11.2.4 Totale Differenzialgleichungen | 548 |
11.2.5 Integrierender Faktor | 549 |
11.2.6 Bernoullische Differenzialgleichung | 550 |
11.2.7 Riccatische Differenzialgleichung | 550 |
11.2.8 Clairautsche Differenzialgleichung | 551 |
11.3 Differenzialgleichungen 2. Ordnung | 552 |
11.3.1 Sonderfälle, Erniedrigung der Ordnung | 552 |
11.3.2 Homogene lineare Differenzialgleichungen2. Ordnung mit konstanten Koeffizienten | 554 |
11.3.3 Homogene lineare Differenzialgleichungen2. Ordnung mit veränderlichen Koeffizienten | 555 |
11.3.4 Inhomogene lineare Differenzialgleichungen2. Ordnung mit konstanten Koeffizienten | 556 |
11.3.5 Inhomogene lineare Differenzialgleichungen2. Ordnung mit veränderlichen Koeffizienten | 560 |
11.3.6 Besselsche Differenzialgleichung | 562 |
11.3.7 Anwendungsfall Schwingungen | 564 |
11.4 Differenzialgleichungen n-ter Ordnung | 567 |
11.5 Lineare Differenzialgleichungssysteme | 571 |
11.6 Näherungslösungen für Differenzialgleichungen 1. Ordnung | 573 |
11.6.1 Verfahren unbestimmter Koeffizienten | 573 |
11.6.2 Iterationsverfahren | 575 |
11.7 Anfangswertprobleme | 576 |
11.7.1 Allgemeines | 576 |
11.7.2 Explizite Einschrittverfahren | 579 |
11.7.2.1 Polygonzugverfahren von Euler-Cauchy | 579 |
11.7.2.2 Heun-Verfahren | 581 |
11.7.2.3 Klassisches Verfahren von Runge-Kutta | 581 |
11.7.2.4 Einbettungsformeln | 582 |
11.7.3 Mehrschrittverfahren | 582 |
11.7.3.1 Explizitverfahren von Adams-Bashforth | 583 |
11.7.3.2 Prädiktor-Korrektor-Verfahren von Adams-Moulton | 583 |
11.7.4 Extrapolationsverfahren von Bulirsch-Stoer-Gragg | 585 |
11.8 Randwertprobleme | 585 |
11.8.1 Allgemeines | 585 |
11.8.2 Schießverfahren | 587 |
11.8.3 Direkte Differenzenapproximation | 588 |
11.9 Partielle Differenzialgleichungen | 591 |
11.9.1 Allgemeines | 591 |
11.9.2 Partielle Differenzialgleichung 1. Ordnung | 591 |
11.9.3 Partielle Differenzialgleichung 2. Ordnung | 593 |
12 Reihen, F- und L-Transformation | 595 |
12.1 Unendliche Reihen | 595 |
12.1.1 Unendliche Zahlenreihen | 595 |
12.1.2 Summen einiger konvergenter Zahlenreihen | 598 |
12.1.3 Potenzreihen | 599 |
12.1.3.1 Allgemeines | 599 |
12.1.3.2 Entwicklung von Funktionen in Potenzreihen | 601 |
12.1.4 Numerische Berechnung von Reihen | 604 |
12.1.5 Zusammenstellung fertig entwickelter Reihen | 605 |
12.1.6 Näherungsformeln | 609 |
12.2 Fourier-Reihen | 611 |
12.2.1 Fourier-Reihe einer periodischen Funktion | 611 |
12.2.2 Numerische harmonische Analyse | 617 |
12.2.3 Ausgewählte Fourier-Reihen | 618 |
12.3 Fourier-Transformation | 624 |
12.4 Laplace-Transformation | 627 |
12.4.1 Laplace-Transformation, Allgemeines | 627 |
12.4.2 Rechenregeln der Laplace-Transformation | 629 |
12.4.3 Anwendungen der Laplace-Transformation | 632 |
12.4.3.1 Lösung linearer Differenzialgleichungen | 632 |
12.4.3.2 Test linearer Übertragungsglieder | 636 |
12.4.4 Korrespondenztabelle der Laplace-Transformation | 639 |
13 Statistik, Stochastik | 643 |
13.1 Beschreibende (deskriptive) Statistik | 643 |
13.1.1 Grundbegriffe | 643 |
13.1.2 Lageparameter | 647 |
13.1.3 Streuungsparameter | 652 |
13.1.4 Korrelation | 655 |
13.1.5 Lineare Ausgleichsrechnung | 657 |
13.1.5.1 Methode der kleinsten Quadrate | 657 |
13.1.5.2 Ausgleichende Gerade | 658 |
13.1.5.3 Ausgleichende Parabel | 659 |
13.1.5.4 Multiple Regression | 660 |
13.1.6 Fehlerfortpflanzung | 661 |
13.2 Wahrscheinlichkeitsrechnung | 665 |
13.2.1 Zufallsexperiment und Ereignis | 665 |
13.2.2 Definition der Wahrscheinlichkeit | 667 |
13.2.3 Sätze über Wahrscheinlichkeiten | 668 |
13.2.4 Bedingte Wahrscheinlichkeit und unabhängigeEreignisse | 670 |
13.2.5 Zufällige Variable | 673 |
13.2.6 Kenngrößen von zufälligen Variablen | 676 |
13.2.6.1 Erwartungswert | 676 |
13.2.6.2 Varianz und Standardabweichung | 678 |
13.2.6.3 Schiefe und Exzess | 680 |
13.2.7 Ausgewählte diskrete Verteilungen | 681 |
13.2.7.1 Diskrete Gleichverteilung | 681 |
13.2.7.2 Bernoulli-Verteilung | 682 |
13.2.7.3 Binomialverteilung | 682 |
13.2.7.4 Poisson-Verteilung | 685 |
13.2.7.5 Hypergeometrische Verteilung | 687 |
13.2.7.6 Geometrische Verteilung | 688 |
13.2.8 Ausgewählte stetige Verteilungen | 689 |
13.2.8.1 Stetige Gleichverteilung (Rechteckverteilung) | 689 |
13.2.8.2 Normalverteilung | 689 |
13.2.8.3 Exponentialverteilung | 695 |
13.2.8.4 Dz-Verteilung | 696 |
13.2.8.5 t-Verteilung (Student-Verteilung) | 697 |
13.3 Schließende (induktive) Statistik | 698 |
13.3.1 Grundbegriffe | 698 |
13.3.2 Punktschätzungen | 699 |
13.3.3 Intervallschätzungen | 701 |
13.3.3.1 Konfidenzintervall für den Anteil p | 702 |
13.3.3.2 Konfidenzintervalle für den Erwartungswert µ | 703 |
13.3.3.3 Konfidenzintervall für die Varianz ò | 706 |
13.3.4 Hypothesentests | 707 |
13.3.4.1 Allgemeines über Tests | 707 |
13.3.4.2 Test über den Anteil p | 709 |
13.3.4.3 Tests über den Erwartungswert µ | 712 |
13.3.4.4 Test über die Varianz ò | 715 |
13.3.4.5 Dz-Anpassungstest | 716 |
14 Integraltabellen | 719 |
14.1 Integrale rationaler Funktionen | 720 |
14.1.1 Integrale mit ax + b | 720 |
14.1.2 Integrale mit ax + b, cx + d | 723 |
14.1.3 Integrale mit ax² + bx + c | 724 |
14.1.4 Integrale mit a² " x² | 726 |
14.1.5 Integrale mit a³ " x³ | 729 |
14.1.6 Integrale mit a^4 + x^4, a^4 - x^4 | 730 |
14.2 Integrale nichtrationaler Funktionen | 730 |
14.2.1 Integrale mit \sqrt{x^n} und (a² " b²x)^m | 730 |
14.2.2 Integrale mit \sqrt{(ax+b)^n} | 731 |
14.2.3 Integrale mit \sqrt{(ax+b)^n}, \sqrt{(cx+d)^m} | 733 |
14.2.4 Integrale mit \sqrt{(a^2+x^2)^n} | 735 |
14.2.5 Integrale mit \sqrt{(a^2-x^2)^n} | 738 |
14.2.6 Integrale mit \sqrt{(x^2-a^2)^n} | 740 |
14.2.7 Integrale mit \sqrt{(ax^2+bx+c)^n} | 743 |
14.3 Integrale transzendenter Funktionen | 746 |
14.3.1 Integrale mit e^{ax} (Exponentialfunktionen) | 746 |
14.3.2 Integrale der Hyberbelfunktionen | 747 |
14.3.3 Integrale mit ln x (logarithmische Funktion) | 749 |
14.3.4 Integrale mit sin ax | 750 |
14.3.5 Integrale mit cos ax | 753 |
14.3.6 Integrale mit sin ax und cos ax bzw. cos bx | 756 |
14.3.7 Integrale mit tan ax bzw. cot ax | 760 |
14.3.8 Integrale der Arkusfunktionen | 762 |
14.3.9 Integrale der Areafunktionen | 763 |
14.4 Bestimmte und uneigentliche Integrale | 764 |
Anhang | 772 |
Sachwortverzeichnis | 783 |