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2016 | OriginalPaper | Buchkapitel

4. Differenzialrechnung

verfasst von : Christian B. Lang, Norbert Pucker

Erschienen in: Mathematische Methoden in der Physik

Verlag: Springer Berlin Heidelberg

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Zusammenfassung

Funktionelle Zusammenhänge sind nur in den einfachsten Fällen linear. Die Zeit, die ein Bleistift braucht, bis er am Boden aufprallt, hängt von der Höhe ab, aus der man ihn fallen lässt. Die Geschwindigkeit, mit der er ankommt, ist eine lineare Funktion der Zeit, die Zeit aber ist proportional der Quadratwurzel der Höhe. Die Umlaufdauer eines Planeten ist keine lineare Funktion des Abstands von der Sonne, der Winkel eines Pendels zur Vertikalen ist eine periodische und nichtlineare Funktion der Zeit.
Sir Isaac Newton focht einen jahrelangen Streit mit Gottfried Wilhelm Leibniz aus, wer von beiden zuerst auf die Idee kam, solche nichtlinearen Zusammenhänge rechnerisch zugänglicher zu machen. Die Fragestellung ist einfach: Wenn man eine Funktion \(y=f(x)\) für einen bestimmten Wert der Variablen x und an einem anderen Punkt \(x+\Delta x\) betrachtet, wie kann man die Änderung der Funktion abschätzen? Differenzialrechnung in mehr als einer Variablen und wie man Extremalprobleme mit Nebenbedingungen löst sind zwei der weiteren Themen dieses Abschnitts.

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Fußnoten
1
vgl. G. Orwell, „1984“
 
2
Viele Autoren verwenden statt dessen die Bezeichnung\(\Delta x\equiv h\) oder ähnlich und würden dann systematisch \(\mathcal{O}(h^{2})\) oder \(\mathcal{O}(h)^{2}\) schreiben. Wichtig ist, dass \(\Delta x\), h und dx gleichwertige Bezeichnungen einer nichtverschwindenden Größe sind. Rigorose Texte schreiben auch statt \(\mathcal{O}(h)^{2}\) den präziseren Ausdruck \({\mit o}(h)\) mit der Definition \(\lim_{h\to 0}{\mit o}(h)/h=0\).
 
Literatur
1.
Zurück zum Zitat W. Törnig und P. Spellucci, Numerische Mathematik für Ingenieure und Physiker, Band 1 und 2 (Springer-Verlag, Berlin, 1988). W. Törnig und P. Spellucci, Numerische Mathematik für Ingenieure und Physiker, Band 1 und 2 (Springer-Verlag, Berlin, 1988).
2.
Zurück zum Zitat W. H. Press, B. P. Flannery, S. A. Teukolsky, und W. T. Vetterling, Numerical Recipes: The Art of Scientific Computing, 3. Aufl. (Cambridge University Press, Cambridge, 2007). W. H. Press, B. P. Flannery, S. A. Teukolsky, und W. T. Vetterling, Numerical Recipes: The Art of Scientific Computing, 3. Aufl. (Cambridge University Press, Cambridge, 2007).
3.
Zurück zum Zitat H. Fischer und H. Kaul, Mathematik für Physiker, Bd. 1, 7. Aufl. (Vieweg+Teubner, Wiesbaden, 2010). H. Fischer und H. Kaul, Mathematik für Physiker, Bd. 1, 7. Aufl. (Vieweg+Teubner, Wiesbaden, 2010).
4.
Zurück zum Zitat H. Fischer und H. Kaul, Mathematik für Physiker, Bd. 2 (Springer Spektrum, Berlin, Heidelberg, New York, 2014). H. Fischer und H. Kaul, Mathematik für Physiker, Bd. 2 (Springer Spektrum, Berlin, Heidelberg, New York, 2014).
5.
Zurück zum Zitat J. Dieudonné, Foundations of Modern Analysis (Academic Press, New York). J. Dieudonné, Foundations of Modern Analysis (Academic Press, New York).
6.
Zurück zum Zitat K. Jänich, Mathematik 1, 2. Aufl. (Springer-Verlag, Berlin-Heidelberg-New York, 2005). K. Jänich, Mathematik 1, 2. Aufl. (Springer-Verlag, Berlin-Heidelberg-New York, 2005).
7.
Zurück zum Zitat M. R. Spiegel, Schaum’s Outline of Theory and Problems of Real Variables (McGraw-Hill, New York, 1969). M. R. Spiegel, Schaum’s Outline of Theory and Problems of Real Variables (McGraw-Hill, New York, 1969).
Metadaten
Titel
Differenzialrechnung
verfasst von
Christian B. Lang
Norbert Pucker
Copyright-Jahr
2016
Verlag
Springer Berlin Heidelberg
DOI
https://doi.org/10.1007/978-3-662-49313-7_4