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1981 | Buch | 4. Auflage

Mathematik für Naturwissenschaftler

verfasst von: Dr. rer. nat. Josef Hainzl

Verlag: Vieweg+Teubner Verlag

Buchreihe : Leitfäden der angewandten Mathematik und Mechanik LAMM

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Über dieses Buch

Dieses Buch ist die Ausarbeitung und Weiterentwicklung einer Vorlesung, die für Na­ turwissenschaftler an der Universität Freiburg gehalten wurde. Angesprochen sind voc allem Studenten der Biologie, der Chemie und der Mineralogie; aber auch angehenden Physikern sollte die Lektüredabei helfen, sich die bereits im ersten Semester gebrauchten Mathematikkenntnisse rasch anzueignen. Vorausgesetzt wird nur elementarer Schulstoff. Der Inhalt um faßt die wichtigsten Techniken der Analysis (Differential- und Integralrechnung, elementare Funktionen, Fourierreihen, gewöhnliche Differentialgleichungen) und das Notwendigste aus der analytischen Geometrie und linearen Algebra (Vektorrechnung. Matrizen. lineare Gleichungssysteme und Determinanten, Symmetriegruppen), Hinzu kamen in der 3.Auflage zwei Kapitel über Wahrscheinlichkeitsrechnung und Statistik (wichtige Verteilungen, Erwartungswert und Varianz, Zufalisstichproben,Schätzen und Testen). Die vorliegende 4. Auflage ist ein unveränderter Nachdruck der 3. Auflage .. Zur Art der Darstellung: Die Mathematik erscheint nicht als Selbstzweck. sondern als H i I fs wissenschaft. Fragestellungen und Begriffsbildungen werden nach Möglichkeit von den Anwendungen her motiviert. An die Stelle allgemeiner Beweise treten oft Beweise für einfachere Sonderfälle. Viele Aussagen bleiben ganz unbewiesen. Sie werden dann durch umso mehr Beispiele erläutert und plausibel gemacht. Generell galt die Devise: Zahlreiche Beispiele, darunter möglichst viele aus den einzelnen Natur­ wissenschaften. Nach jedem größeren Abschnitt findet man eine Sammlung von Übungsaufgaben. Für die meisten davon - durch * gekennzeichnet - sind die Ergebnisse am Ende des Buches kurz angegeben. Auf weitergehende mathematische Literatur wurde kaum hingewiesen, da dem Leser dafür ohnehin die Zeit fehlen wird. Die in eckigen Klammern stehenden Literaturan­ gaben gehören in der Regel zu Anwendungsbeispielen.

Inhaltsverzeichnis

Frontmatter
1. Zahlbereiche und Funktionsbegriff
Zusammenfassung
In diesem einführenden Kapitel werden die reellen und die komplexen Zahlen mit ihren wesentlichen Eigenschaffen vorgestellt. Weiter führen wir den Funktionsbegriff ein und behandeln dann einige einfache Funktionen, die schon aus der Schule bekannt sind.
Josef Hainzl
2. Differential- und Integralrechnung
Zusammenfassung
Das ganze Gebäude der Differential- und Integralrechnung ruht auf den grundlegenden Begriffen Konvergenz und Grenzwert, die selbst wiederum mit Hilfe der Zahlenfolgen formuliert werden. Im ersten Abschnitt dieses Kapitels sollen daher die für alles Weitere unentbehrlichen Begriffe und Aussagen bereitgestellt werden, welche mit Zahlenfolgen zusammenhängen.
Josef Hainzl
3. Die elementaren Funktionen. Fourierreihen
Zusammenfassung
Wir haben bisher in einzelnen Abschnitten und Beispielen schon eine ganze Anzahl von Funktionen und zum Teil auch deren Eigenschaffen kennengelernt. In diesem Kapitel gehen wir systematischer vor und stellen diejenigen Funktionstypen einer reellen Veränderlichen zusammen, die in den Anwendungen am häufigsten gebraucht werden.
Josef Hainzl
4. Analytische Geometrie und lineare Algebra
Zusammenfassung
Die analytische Geometrie beschreibt den Anschauungsraum durch reelle Zahlen und daraus abgeleitete Begriffe. Das Ziel ist, auf diese Weise geometrische Fragestellungen durch Rechnung zu lösen. Der wichtigste darin neu auffauchende Begriff ist der des Vektors. Mit Vektoren lassen sich nicht nur geometrische Beziehungen einfach formulieren, sie spielen auch in der Physik eine überragende Rolle. Kraff, Geschwindigkeit, Impuls, Drall sind zum Beispiel als Vektoren auffaßbar. Weitere neue Begriffe sind die Matrizen und Determinanten, die in vielen Anwendungsgebieten zunehmend an Bedeutung gewinnen. Mit ihrer Hilfe behandeln wir lineare Abbildungen und Gleichungssysteme. Schließlich führen wir den Gruppenbegriff ein und untersuchen einige Bewegungsgruppen, die als Symmetriegruppen von Molekülen bzw. als Raumgruppen von Kristallen in der Spektroskopie und in der Kristallographie auffreten.
Josef Hainzl
5. Funktionen von mehreren Veränderlichen
Zusammenfassung
In den ersten drei Kapiteln wurden Funktionen von nur einer reellen Veränderlichen behandelt. Einen Teil der dort eingeführten Begriffe übertragen wir jetzt auf Funktionen von zwei und mehr reellen Variablen. Dabei werden wir auf Beweise in zunehmendem Maße verzichten und dafür mehr auf die zahlreichen Anwendungen eingehen.
Josef Hainzl
6. Differentialgleichungen
Zusammenfassung
Differentialgleichungen sind für die Naturwissenschaffen unentbehrlich. Zum Beispiel werden Naturgesetze wie die Erhaltung der Masse, der Energie und des Impulses häufig durch Differentialgleichungen ausgedrückt. Differentialgleichungen fungieren off auch als mathematische Modelle, die wirkliche Phänomene möglichst gut beschreiben sollen. Das Auffinden von adäquaten mathematischen Modellen ist eine wichtige und schwierige Aufgabe des Naturwissenschafflers. Daher werden wir diesen Gesichtspunkt besonders hervorheben und an einfachen Beispielen üben, wie man zu einem gegebenen Problem eine passende Differentialgleichung aufstellt.
Josef Hainzl
7. Wahrscheinlichkeitsrechnung
Zusammenfassung
Kenntnisse über statistische Methoden sind für den experimentierenden Naturwissenschaffler unentbehrlich. Er braucht sie nicht nur für eine sachgerechte Darstellung seiner Meßergebnisse, sondern vor allem bei der Entscheidung darüber, welche Bedeutung den gewonnenen Daten beizumessen ist. Den exakten mathematischen Rahmen für die in der Praxis üblichen statistischen Verfahren liefert die Wahrscheinlichkeitsrechnung. Mit ihren Begriffsbildungen und Methoden ist es möglich, die statistischen Verfahren genau zu definieren sowie deren Aussagekraff zu berechnen und klar zu formulieren. Es ist daher sinnvoll, der Beschreibung der wichtigsten statistischen Verfahren eine kurze Einführung in die Wahrscheinlichkeitsrechnung voranzustellen.
Josef Hainzl
8. Statistik
Zusammenfassung
Die Hauptaufgabe der Statistik besteht darin, aus einer Stichprobe, die einer im allgemeinen sehr großen Menge, der sog. Grundgesamtheit, entnommen wurde, Rückschlüsse auf interessierende Eigenschaffen der ganzen Grundgesamtheit zu ziehen. Solche Schlüsse von einer echten Teilmenge (= Stichprobe) auf die ganze Menge sind logischerweise niemals sicher. Jedoch kann der Grad ihrer Unsicherheit mit Hilfe der Wahrscheinlichkeitsrechnung mathematisch exakt beschrieben werden.
Josef Hainzl
Backmatter
Metadaten
Titel
Mathematik für Naturwissenschaftler
verfasst von
Dr. rer. nat. Josef Hainzl
Copyright-Jahr
1981
Verlag
Vieweg+Teubner Verlag
Electronic ISBN
978-3-663-10760-6
Print ISBN
978-3-519-32326-6
DOI
https://doi.org/10.1007/978-3-663-10760-6