teubner numerische mathematik

Dieser Band setzt die "Numerische Mathematik 1" fort. Er enthält Kapitel über Eigenwertaufgaben, lineare Optimierungsaufgaben unrestringierte Optimierungsaufgaben.

Anschaulich und gründlich vermittelt dieses Buch die Grundlagen der Numerik. Die Darstellung des Stoffes ist algorithmisch ausgerichtet. Zur Begründung einer numerischen Methode werden zuerst die theoretischen Grundlagen vermittelt. Anschließend wird das Verfahren so formuliert, dass seine Realisierung als Rechenprogramm einfach ist. Für die vorliegende Auflage wurde der Text komplett durchgesehen und an einigen Stellen aktualisiert. Zu diesem Buch ist eine elektronische Version geplant. PowerPoint-Vorlagen für Dozenten sind kostenlos über den Online-Service des Verlages erhältlich. Auf der Homepage des Autors zum Buch finden Sie zahlreiche Programm-Masken, die die Lösung von Basisproblemen der Numerik ermöglichen.

Dieses Lehrbuch ist eine verständlich geschriebene, kompakte Einführung in die numerische Mathematik. Es wendet sich an all jene, die numerische Verfahren zur Computersimulation realer Prozesse mittels mathematischer Modelle einsetzen und die Grundgedanken der dazu geeigneten Verfahren verstehen wollen. Schwerpunkte bilden numerische Verfahren für lineare und nichtlineare Gleichungssysteme, Eigenwertaufgaben, Interpolation und Approximation, numerische Differentiation und Integration sowie für Anfangswertaufgaben bei gewöhnlichen und Randwertaufgaben bei partiellen Differentialgleichungen. Außerdem geben die Autoren, die über langjährige Lehr- und Forschungserfahrungen verfügen, zahlreiche Hinweise auf moderne vertiefende Literatur und aktuelle verfügbare Software.

In den letzten Jahren war in der Herstellung immer leistungsfahigerer programmierbarer Taschenrechner eine rasante Entwicklung zu beobachten. Um ihre Moglichkeiten und Kapazitiiten optimal auszuschopfen, sollten auch fiir diese Kleinrechner Programmbiblio theken zur Verfugung stehen. Der vorliegende Band enthalt eine Sammlung nutzlicher Programme der numerischen Mathematik fiir den programmierbaren Taschenrechner TEXAS INSTRUMENTS TI 59. Zugrundegelegt wurde das im gleichen Verlag erschienene Buch "Einfuhrung in die Methoden der Numerischen Mathematik" von Wolfgang Bohm und Gunther Gose (Vieweg, Braunschweig 1977), aus dem Gliederung und Bezeichnungsweise ubernommen wurden, um die Anwendung und das Arbeiten mit den Program men zu erleichtern. Hier findet der interessierte Leser neben der theoretischen Herleitung auch die fluBdiagrammahnlichen Algorithmen, nach denen die Programme erstellt wurden. Einen kurzen Oberblick uber die Handhabung des Rechners liefert das Kapitel 0 "Einfiihrung". Oem im Umgang mit dem TI 59 ungeubten Leser sei zunachst ein intensives Studium der zum Rechner gehorenden Bedienungsanleitung "Individuelles Programmieren", insbesondere der Abschnitte I, II und VII empfohlen. Mein ganz besonderer Dank gilt Herrn Prof. Dr. Wolfgang Bohm, dessen Vorlesungen ich die Freude an der numerischen Mathematik verdanke. Ohne seine Anregungen und aufmunternden Ratschlage ware dieses Such nicht entstanden. Nicht zuletzt danke ich der Firma TEXAS INSTRUMENTS fur die freundliche Unterstutzung und dem Vieweg Verlag fur die problem lose Zusammenarbeit. Jiirgen Kahmann Wolfenbuttel, im Friihjahr 1981 I nhaltsverzeichnis o Einfuhrung ............................................... . 0.1 Der Rechner TI 59 ....................................... . 0.2 Eingabe von Programmen . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .. . . 2 . . . . . . . 0.3 Magnetkarten . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .. . . 3 . . . . . . . . . 1 Matrizen.................................................. 4 1.1 Produktsumme .............. '. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .. . . . 4 . . . .

Das neuartige Konzept dieses Lehrbuches zur Einführung in die Numerische Mathematik ist es, numerische Verfahren anhand praktischer Modellbeispiele zu motivieren und die Methoden daran zu demonstrieren. Neben vielen Beispielen aus den Natur- und Ingenieurwissenschaften ziehen sich daher wie ein roter Faden zwei Modellprojekte durch das Buch. Sie zeigen, wie sich die numerischen Verfahren zielgerichtet auf die Lösung praktischer Probleme hin entwickeln. Zu dem Buch gibt es eine Vielzahl von Begleitmaterialien im Internet. So werden zu jedem Kapitel weitere Übungsaufgaben mit Musterlösungen, sowie Programmieraufgaben im Baukastenprinzip angeboten. Obwohl die meisten Beweise angegeben sind, ermöglicht es das Konzept, die numerischen Methoden bei Bedarf auch ohne Beweise darzustellen. Zu diesem Zweck sind zahlreiche motivierende Erklärungen und Merksätze eingebaut.

Dieses Lehrbuch ist eine verständlich geschriebene, kompakte Einführung in die numerische Mathematik. Es wendet sich an all jene, die numerische Verfahren zur Computersimulation realer Prozesse mittels mathematischer Modelle einsetzen und die Grundgedanken der dazu geeigneten Verfahren verstehen wollen. Schwerpunkte bilden numerische Verfahren für lineare und nichtlineare Gleichungssysteme, Eigenwertaufgaben, Interpolation und Approximation, numerische Differentiation und Integration sowie für Anfangswertaufgaben bei gewöhnlichen und Randwertaufgaben bei partiellen Differentialgleichungen. Außerdem geben die Autoren, die über langjährige Lehr- und Forschungserfahrungen verfügen, zahlreiche Hinweise auf moderne vertiefende Literatur und aktuelle verfügbare Software.

Das vorliegende Buch (wie auch seine Fortsetzung) ist aus Vorlesungen entstanden, die ich seit einigen Jahren an der Universität Göttingen halte. Diese Vorlesungen wenden sich an Studentinnen und Studenten der Mathematik und Physik ab dem dritten Semester. Daher werden auch in diesem Buch Kenntnisse der Analysis bzw. der linearen Algebra vorausgesetzt, wie sie üblicherweise in den ersten beiden bzw. dem ersten Semester vermittelt werden. Andererseits bietet gerade eine Vorlesung über numerische Mathematik eine gute Möglichkeit, diese Kenntnisse aufzufrischen, da die eigentlich schon bekannten Grundbegriffe in einem neuen Zusammenhang er scheinen. Das entsprechende gilt, so hoffe ich, auch für dieses Buch. Ziel beim Schreiben dieses Buches war es, den beiden Worten im Titel "Nume rische Mathematik" gerecht zu werden. Hierzu soll gezeigt werden, daß der Durch und "ästhetisch befriedigender Ma schnitt zwischen "praktisch relevanter Numerik" thematik" nicht nur nichtleer, sondern sogar "ziemlich groß" ist. Um dies zu vermit teln, wurde eine möglichst gut lesbare Darstellung angestrebt, welche insbesondere ein Selbststudium erleichtert.

Dieses Lehrbuch behandelt in kompakter und übersichtlicher Form die grundlegenden Themen der Numerischen Mathematik. Es vermittelt ein solides Basiswissen der wichtigen Algorithmen und dazugehörigen Fehler- und Aufwandsbetrachtungen, das zur Lösung von zahlreichen in der Praxis auftretenden mathematischen Problemstellungen benötigt wird. Die vorgestellten Resultate werden mit elementaren Methoden hergeleitet. Für die meisten der vorgestellten Verfahren werden Pseudo-Codes angegeben, die sich unmittelbar in Computerprogramme umsetzen lassen. Mit 150 Übungsaufgaben und weiterführenden Literaturhinweisen ist das Buch für das Selbststudium geeignet. Zahlreiche Abbildungen und übersichtliche Schemata erleichtern dabei das Lernen. Der Online-Service bietet zusätzliche Informationen und Lösungshinweise. Das Lehrbuch ist ohne weitere Themenauswahl als Vorlage für zwei jeweils vierstündige einführende Numerikvorlesungen verwendbar.

Das nachfolgende Manuskript ist hervorgegangen aus Vorlesungen über Numerische Mathematik an der Universität Hamburg, die sich an Studi enanfänger richtet. In Hamburg vertritt man seit über zehn Jahren das Konzept, Studienanfängern des Studiengangs Mathematik bereits im er sten Semester parallel zu Analysis und Linearer Algebra Numerische Ma thematik anzubieten. Das Besondere an der Numerischen Mathematik ist, daß man durch Lesen allein nicht genug lernt. Das Wesentliche ist neben dem Nachvollzie hen der Theorie das selbständige Durchrechnen von Beispielen und zwar "mit der Hand" (kleine, in der Regel pädagogische Beispiele) und mit einem Computer. Nur so kann man die besonderen Phänomene der Nu merischen Mathematik erfassen. Das Hauptaugenmerk sollte man immer auf zwei Punkte richten, näm lich was kostet ein Algorithmus und wie stabil verhält er sich. Die Kosten kann man am objektivsten abschätzen durch die Anzahl der benötigten Operationen. Stabilität bedeutet Unempfindlichkeit gegen leicht gestörte Daten, die z. B. durch fast immer auftretende Rundungsfehler unvermeid bar sind. Die Frage nach der Stabilität kann im Rahmen dieses Textes häufig nur andeutungsweise behandelt werden.

Das neuartige Konzept dieses Lehrbuches zur Einführung in die Numerische Mathematik ist es, numerische Verfahren anhand praktischer Modellbeispiele zu motivieren und die Methoden daran zu demonstrieren. Neben vielen Beispielen aus den Natur- und Ingenieurwissenschaften ziehen sich daher wie ein roter Faden zwei Modellprojekte durch das Buch. Sie zeigen, wie sich die numerischen Verfahren zielgerichtet auf die Lösung praktischer Probleme hin entwickeln. Zu dem Buch gibt es eine Vielzahl von Begleitmaterialien im Internet. So werden zu jedem Kapitel weitere Übungsaufgaben mit Musterlösungen, sowie Programmieraufgaben im Baukastenprinzip angeboten. Obwohl die meisten Beweise angegeben sind, ermöglicht es das Konzept, die numerischen Methoden bei Bedarf auch ohne Beweise darzustellen. Zu diesem Zweck sind zahlreiche motivierende Erklärungen und Merksätze eingebaut.

Anschaulich und gründlich vermittelt dieses Buch die Grundlagen der Numerik. Die Darstellung des Stoffes ist algorithmisch ausgerichtet. Zur Begründung einer numerischen Methode werden zuerst die theoretischen Grundlagen vermittelt. Anschließend wird das Verfahren so formuliert, dass seine Realisierung als Rechenprogramm einfach ist. Für die vorliegende Auflage wurde der Text komplett durchgesehen und an einigen Stellen aktualisiert. Zu diesem Buch ist eine elektronische Version geplant. PowerPoint-Vorlagen für Dozenten sind kostenlos über den Online-Service des Verlages erhältlich. Auf der Homepage des Autors zum Buch finden Sie zahlreiche Programm-Masken, die die Lösung von Basisproblemen der Numerik ermöglichen.

Leser zur Vertiefung seines Wissens anregen. Die zum Teil umfangreichen Lösungen sind ausführ lich in einem Anhang zusammengefaßt, so daß sich das Buch auch zum Selbststudium eignet. Bei vielen in diesem Buch behandelten Problemkreisen werden mehrere Verfahren entwickelt. In all diesen Fällen kann keinem Verfahren beim Einsatz in den Ingenieurwissenschaften ein absoluter Vorzug gegeben werden, vielmehr ist bei unterschiedlichen Aufgaben und bei unterschiedlichem Einsatz der Hilfsmittel (Taschenrechner, kleine oder größere Rechenanlage) einmal das eine, ein mal das andere Verfahren vorzuziehen. Zum Verständnis sind mathematische Kenntnisse erforder lich, wie sie z.B. im Mathematik-Kurs eines technischen Studienganges an einer Fachhochschule an geboten werden und in dem im gleichen Verlag erschienenen Lehrbuch "Brauch, W.; Dreyer, H.-J.; Haacke, W.: Mathematik für Ingenieure" zu finden sind. Die einzelnen Abschnitte sind absichtlich so gefaßt worden, daß sie unabhängig voneinander gele sen werden können. Hierdurch bedingt, müssen an einigen wenigen Stellen Begriffe erläutert wer den, die thematisch einem anderen Abschnitt zugeordnet werden könnten. Durch vielfache Bezüge zwischen den Abschnitten wird dafür gesorgt, daß der Zusammenhang jederzeit zu erkennen ist.

Dieser Band setzt die "Numerische Mathematik 1" fort. Er enthält Kapitel über Eigenwertaufgaben, lineare Optimierungsaufgaben unrestringierte Optimierungsaufgaben.

Das vorliegende Buch (wie auch seine Fortsetzung) ist aus Vorlesungen entstanden, die ich seit einigen Jahren an der Universität Göttingen halte. Diese Vorlesungen wenden sich an Studentinnen und Studenten der Mathematik und Physik ab dem dritten Semester. Daher werden auch in diesem Buch Kenntnisse der Analysis bzw. der linearen Algebra vorausgesetzt, wie sie üblicherweise in den ersten beiden bzw. dem ersten Semester vermittelt werden. Andererseits bietet gerade eine Vorlesung über numerische Mathematik eine gute Möglichkeit, diese Kenntnisse aufzufrischen, da die eigentlich schon bekannten Grundbegriffe in einem neuen Zusammenhang er scheinen. Das entsprechende gilt, so hoffe ich, auch für dieses Buch. Ziel beim Schreiben dieses Buches war es, den beiden Worten im Titel "Nume rische Mathematik" gerecht zu werden. Hierzu soll gezeigt werden, daß der Durch und "ästhetisch befriedigender Ma schnitt zwischen "praktisch relevanter Numerik" thematik" nicht nur nichtleer, sondern sogar "ziemlich groß" ist. Um dies zu vermit teln, wurde eine möglichst gut lesbare Darstellung angestrebt, welche insbesondere ein Selbststudium erleichtert.

In den letzten Jahren war in der Herstellung immer leistungsfahigerer programmierbarer Taschenrechner eine rasante Entwicklung zu beobachten. Um ihre Moglichkeiten und Kapazitiiten optimal auszuschopfen, sollten auch fiir diese Kleinrechner Programmbiblio theken zur Verfugung stehen. Der vorliegende Band enthalt eine Sammlung nutzlicher Programme der numerischen Mathematik fiir den programmierbaren Taschenrechner TEXAS INSTRUMENTS TI 59. Zugrundegelegt wurde das im gleichen Verlag erschienene Buch "Einfuhrung in die Methoden der Numerischen Mathematik" von Wolfgang Bohm und Gunther Gose (Vieweg, Braunschweig 1977), aus dem Gliederung und Bezeichnungsweise ubernommen wurden, um die Anwendung und das Arbeiten mit den Program men zu erleichtern. Hier findet der interessierte Leser neben der theoretischen Herleitung auch die fluBdiagrammahnlichen Algorithmen, nach denen die Programme erstellt wurden. Einen kurzen Oberblick uber die Handhabung des Rechners liefert das Kapitel 0 "Einfiihrung". Oem im Umgang mit dem TI 59 ungeubten Leser sei zunachst ein intensives Studium der zum Rechner gehorenden Bedienungsanleitung "Individuelles Programmieren", insbesondere der Abschnitte I, II und VII empfohlen. Mein ganz besonderer Dank gilt Herrn Prof. Dr. Wolfgang Bohm, dessen Vorlesungen ich die Freude an der numerischen Mathematik verdanke. Ohne seine Anregungen und aufmunternden Ratschlage ware dieses Such nicht entstanden. Nicht zuletzt danke ich der Firma TEXAS INSTRUMENTS fur die freundliche Unterstutzung und dem Vieweg Verlag fur die problem lose Zusammenarbeit. Jiirgen Kahmann Wolfenbuttel, im Friihjahr 1981 I nhaltsverzeichnis o Einfuhrung ............................................... . 0.1 Der Rechner TI 59 ....................................... . 0.2 Eingabe von Programmen . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .. . . 2 . . . . . . . 0.3 Magnetkarten . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .. . . 3 . . . . . . . . . 1 Matrizen.................................................. 4 1.1 Produktsumme .............. '. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .. . . . 4 . . . .

Dieses Buch will den Studierenden einen Einstieg in die Numerische Mathematik bieten. Es beruht auf einem in vielen Semestern sorgfältig überprüften Konzept des Autors an der Universität Hamburg und trägt den Besonderheiten des Fachs mit vielen Beispielen und Aufgaben Rechnung, wobei der Bezug zur Programmierung hergestellt wird. Die Studierenden lernen, den Stoff selbständig zu erarbeiten und zu vertiefen. Der Text entwickelt einen Blick für mögliche Reduzierungen des Aufwandes, den ein Algorithmus verursacht, für die notwendige Stabilität, die den immer auftretenden Rundungsfehlern Schranken setzt, und für vorhandene, aber noch nicht genutzte Parallelisierungen, die Rechenzeit sparen helfen. In dieser vierten Auflage wurden gegenüber der dritten Auflage nur einige kleinere Fehler- und Layoutkorrekturen vorgenommen. Das Gesamtkonzept wurde beibehalten. Ein bewährtes Lehrbuch mit zahlreichen Abbildungen, Beispielen und Programmen.

Dieses Buch will dem Studienanfänger einen Einstieg in die Numerische Mathematik bieten, eine Disziplin, die früher ausschließlich im Hauptstudium angeboten wurde, inzwischen aber an mehreren Universitäten sinnvollerweise bereits im ersten Semester auf dem Lehrplan steht. Gerhard Opfer hat dafür ein Buch zur Einführung verfaßt, das auf einem in vielen Semestern sorgfältig überprüften neuen Konzept beruht. Es trägt den Besonderheiten des Fachs mit vielen Beispielen und Aufgaben Rechnung. Der Student lernt, den Stoff selbständig zu erarbeiten und zu vertiefen. Er wird bald einen Blick für mögliche Reduzierungen des Aufwandes, den ein Algorithmus verursacht, für die notwendige Stabilität, die den immer auftretenden Rundungsfehlern Schranken setzt, und für vorhandene, aber noch nicht genutzte Parallelisierungen, die Rechenzeit sparen helfen, entwickeln.

Mit vielen Beispielen, Abbildungen und Aufgaben einschließlich dem Programmieren bietet dieses Buch den Studierenden früh im ersten Studienabschnitt einen Einstieg in die Numerische Mathematik. Einige für dieses Buch relevante Teile der Linearen Algebra und Analysis werden an geeigneten Stellen im Buch wiederholt. Die Studierenden lernen, den Stoff selbständig zu erarbeiten und zu vertiefen. Der Text entwickelt einen Blick für mögliche Reduzierungen des Aufwandes, den ein Algorithmus verursacht, für die notwendige Stabilität, die den immer auftretenden Rundungsfehlern Schranken setzt, und für vorhandene, aber noch nicht genutzte Parallelisierungen, die Rechenzeit sparen helfen. In der vorliegenden 5. Auflage wurde neben vielfältigen Verbesserungen ein neues Kapitel über Wavelets und Multiskalen-Analyse hinzugefügt, ein Thema, das in der Bildverabeitung eine große Rolle spielt, auch mit Hinblick auf Datenreduktion.

Mit vielen Beispielen, Abbildungen und Aufgaben einschließlich dem Programmieren bietet dieses Buch den Studierenden früh im ersten Studienabschnitt einen Einstieg in die Numerische Mathematik. Einige für dieses Buch relevante Teile der Linearen Algebra und Analysis werden an geeigneten Stellen im Buch wiederholt. Die Studierenden lernen, den Stoff selbständig zu erarbeiten und zu vertiefen. Der Text entwickelt einen Blick für mögliche Reduzierungen des Aufwandes, den ein Algorithmus verursacht, für die notwendige Stabilität, die den immer auftretenden Rundungsfehlern Schranken setzt, und für vorhandene, aber noch nicht genutzte Parallelisierungen, die Rechenzeit sparen helfen. In der vorliegenden 5. Auflage wurde neben vielfältigen Verbesserungen ein neues Kapitel über Wavelets und Multiskalen-Analyse hinzugefügt, ein Thema, das in der Bildverabeitung eine große Rolle spielt, auch mit Hinblick auf Datenreduktion.

Leser zur Vertiefung seines Wissens anregen. Die zum Teil umfangreichen Lösungen sind ausführ lich in einem Anhang zusammengefaßt, so daß sich das Buch auch zum Selbststudium eignet. Bei vielen in diesem Buch behandelten Problemkreisen werden mehrere Verfahren entwickelt. In all diesen Fällen kann keinem Verfahren beim Einsatz in den Ingenieurwissenschaften ein absoluter Vorzug gegeben werden, vielmehr ist bei unterschiedlichen Aufgaben und bei unterschiedlichem Einsatz der Hilfsmittel (Taschenrechner, kleine oder größere Rechenanlage) einmal das eine, ein mal das andere Verfahren vorzuziehen. Zum Verständnis sind mathematische Kenntnisse erforder lich, wie sie z.B. im Mathematik-Kurs eines technischen Studienganges an einer Fachhochschule an geboten werden und in dem im gleichen Verlag erschienenen Lehrbuch "Brauch, W.; Dreyer, H.-J.; Haacke, W.: Mathematik für Ingenieure" zu finden sind. Die einzelnen Abschnitte sind absichtlich so gefaßt worden, daß sie unabhängig voneinander gele sen werden können. Hierdurch bedingt, müssen an einigen wenigen Stellen Begriffe erläutert wer den, die thematisch einem anderen Abschnitt zugeordnet werden könnten. Durch vielfache Bezüge zwischen den Abschnitten wird dafür gesorgt, daß der Zusammenhang jederzeit zu erkennen ist.

Das nachfolgende Manuskript ist hervorgegangen aus Vorlesungen über Numerische Mathematik an der Universität Hamburg, die sich an Studi enanfänger richtet. In Hamburg vertritt man seit über zehn Jahren das Konzept, Studienanfängern des Studiengangs Mathematik bereits im er sten Semester parallel zu Analysis und Linearer Algebra Numerische Ma thematik anzubieten. Das Besondere an der Numerischen Mathematik ist, daß man durch Lesen allein nicht genug lernt. Das Wesentliche ist neben dem Nachvollzie hen der Theorie das selbständige Durchrechnen von Beispielen und zwar "mit der Hand" (kleine, in der Regel pädagogische Beispiele) und mit einem Computer. Nur so kann man die besonderen Phänomene der Nu merischen Mathematik erfassen. Das Hauptaugenmerk sollte man immer auf zwei Punkte richten, näm lich was kostet ein Algorithmus und wie stabil verhält er sich. Die Kosten kann man am objektivsten abschätzen durch die Anzahl der benötigten Operationen. Stabilität bedeutet Unempfindlichkeit gegen leicht gestörte Daten, die z. B. durch fast immer auftretende Rundungsfehler unvermeid bar sind. Die Frage nach der Stabilität kann im Rahmen dieses Textes häufig nur andeutungsweise behandelt werden.

Dieses Buch will den Studierenden einen Einstieg in die numerische Mathematik bieten. Es beruht auf einem in vielen Semestern sorgfältig überprüften Konzept des Autors an der Universität Hamburg und trägt den Besonderheiten des Fachs mit vielen Beispielen und Aufgaben Rechnung, wobei der Bezug zur Programmierung hergestellt wird. Die Studierenden lernen, den Stoff selbständig zu erarbeiten und zu vertiefen. Der Text entwickelt einen Blick für mögliche Reduzierungen des Aufwands, den ein Algorithmus verursacht, für die notwendige Stabilität, die den immer auftretenden Rundungsfehlern Schranken setzt, und für vorhandene, aber noch nicht genutzte Parallelisierungen, die Rechenzeit sparen helfen. In der vorliegenden 5. Auflage wurden zwei neue Abschnitte über Wavelets und radiale Basisfunktionen hinzugefügt. Ein bewährtes Lehrbuch mit zahlreichen Abbildungen, Beispielen und Programmen.

Anschaulich und gründlich vermittelt dieses Buch die Grundlagen der Numerik. Die Darstellung des Stoffes ist algorithmisch ausgerichtet. Zur Begründung einer numerischen Methode werden zuerst die theoretischen Grundlagen vermittelt. Anschliessend wird das Verfahren so formuliert, dass seine Realisierung als Rechenprogramm einfach ist. Zu diesem Buch ist eine elektronische Version geplant. PowerPoint-Vorlagen für Dozenten sind kostenlos über den Online-Service des Verlages erhältlich. Auf der Homepage des Autors zum Buch finden Sie zahlreiche Programm-Masken, die die Lösung von Basisproblemen der Numerik ermöglichen.

Das Buch behandelt klassische Themen der numerischen Mathematik, die für den Unterricht an allen Schultypen im Sekundarbereich relevant sind:Genauigkeit und Fehler, Berechnung elementarer Funktionen, Lösen nichtlinearer Gleichungen, numerische Integration sowie lineare Gleichungssysteme. Die Darstellung ist durchweg problemorientiert; so beginnt der Text mit einem Kapitel zur Berechnung von Pi, um anhand eines reizvollen Problems verschiedene Fragestellungen zu entwickeln. Es wird ausgiebig mit Taschenrechnern und Computern experimentiert, denn das Erstellen und Interpretieren von Tabellen oder Grafiken soll eine Basis zum Verständnis der Verfahren und Theorien schaffen. Zahlreiche Aufgaben (mit Löungen) regen zu eigenen Experimenten an.

Das Buch behandelt klassische Themen der numerischen Mathematik, die für den Unterricht an allen Schultypen im Sekundarbereich relevant sind:Genauigkeit und Fehler, Berechnung elementarer Funktionen, Lösen nichtlinearer Gleichungen, numerische Integration sowie lineare Gleichungssysteme. Die Darstellung ist durchweg problemorientiert; so beginnt der Text mit einem Kapitel zur Berechnung von Pi, um anhand eines reizvollen Problems verschiedene Fragestellungen zu entwickeln. Es wird ausgiebig mit Taschenrechnern und Computern experimentiert, denn das Erstellen und Interpretieren von Tabellen oder Grafiken soll eine Basis zum Verständnis der Verfahren und Theorien schaffen. Zahlreiche Aufgaben (mit Löungen) regen zu eigenen Experimenten an.

Das Buch ist ein Hilfsmittel zur Bearbeitung von Übungsaufgaben bzw. zur Vorbereitung auf die Prüfung zur Vorlesung in Numerischer Mathematik bzw. wissenschaftliches Rechnen. Es ist unabhängig von einem bestimmten Lehrbuch konzipiert und umfaßt den Standardstoff einer einführenden Vorlesung in Numerik oder in das wissenschaftliche Rechnen. Es ist in Paragraphen gegliedert, welche jeweils einem bestimmten Sachgebiet der Numerik entsprechen. Jedem Paragraphen ist in ein bis zwei Seiten eine kurze Zusammenstellung der wichtigsten Tatsachen und Formeln vorangestellt, die als Arbeitsgrundlage und Verweismöglichkeit bei den Aufgaben dient. Jeder Paragraph enthält eine Sammlung für das Gebiet typischer Übungsaufgaben mit mustergültig ausgearbeiteten Lösungen.

In dem vorliegenden Buch werden zu grundlegenden Themen der numerischen Mathematik Übungsaufgaben und deren Lösungen vorgestellt. Damit wird es Studierenden aus den Mathematik- und Informatikstudiengängen und den Ingenieurwissenschaften ermöglicht, den in den Vorlesungen über numerische Mathematik erlernten Stoff selbständig zu vertiefen und sich auf anstehende Klausuren vorzubereiten. Die Aufgaben sind fast alle in Vorlesungen verwendet worden und besitzen unterschiedliche Schwierigkeitsgrade. In dem Buch wird außerdem mit der Audio- und Bildkompression eine aktuelle Anwendung der numerischen Mathematik vorgestellt. Die hier verwendeten Übungsaufgaben sind größtenteils dem Lehrbuch Numerische Mathematik kompakt entnommen. Die verwendeten Bezeichnungen sind aber weitgehend standardisiert, so dass das Übungsbuch unabhängig von dem genannten Lehrbuch verwendbar ist. Außerdem enthält es einige weitere Aufgaben, die in Numerikvorlesungen für Informatiker und Ingenieure und den dazugehörigen Klausuren eingesetzt wurden. In der vorliegenden zweiten Auflage sind Aktualisierungen, Korrekturen und stilistische Änderungen vorgenommen worden, zudem ist der Text um einige Aufgaben und Lösungen ergänzt worden.

In dem vorliegenden Buch werden zu grundlegenden Themen der numerischen Mathematik Übungsaufgaben und deren Lösungen vorgestellt. Damit wird es Studierenden aus den Mathematik- und Informatikstudiengängen und den Ingenieurwissenschaften ermöglicht, den in den Vorlesungen über numerische Mathematik erlernten Stoff selbständig zu vertiefen und sich auf anstehende Klausuren vorzubereiten. Die Aufgaben sind fast alle in Vorlesungen verwendet worden und besitzen unterschiedliche Schwierigkeitsgrade. In dem Buch wird außerdem mit der Audio- und Bildkompression eine aktuelle Anwendung der numerischen Mathematik vorgestellt. Die hier verwendeten Übungsaufgaben sind größtenteils dem Lehrbuch Numerische Mathematik kompakt entnommen. Die verwendeten Bezeichnungen sind aber weitgehend standardisiert, so dass das Übungsbuch unabhängig von dem genannten Lehrbuch verwendbar ist. Außerdem enthält es einige weitere Aufgaben, die in Numerikvorlesungen für Informatiker und Ingenieure und den dazugehörigen Klausuren eingesetzt wurden. In der vorliegenden zweiten Auflage sind Aktualisierungen, Korrekturen und stilistische Änderungen vorgenommen worden, zudem ist der Text um einige Aufgaben und Lösungen ergänzt worden.

Dieser Band enthält eine Sammlung von 37 Programmen der Numerischen Mathematik, geschrieben in der weitverbreiteten Programmiersprache BASIC. Seine Konzeption beruht auf dem Buch Methoden der Numerischen Mathematik von Wolfgang Böhm, Günther Gose und Jürgen Kahmann (Vieweg, Braunschweig 1985), aus dem Gliederung, Bezeichnungsweise und die Algorithmen übernommen wurden, und gleicht der meines Buches .. Numerische Mathematik -Programme für den Tl 59" (Vieweg, Braunschweig 1980). Es werden keine BASIC-Spezialbefehle und -Spezialfunktionen benutzt; die angelisteten Programme sind (in Ausnahmefällen mit geringen Änderungen) auf allen mit BASIC aus­ gerüsteten Micro- und Homecomputern lauffähig. Wieder danke ich dem Vieweg-Verlag für die problemlose Zusammenarbeit. Wolfenbüttel, im Frühjahr 1984 Jürgen Kahmann Inhaltsverzeichnis 1 Einführung .............................................. . 1.1 Rechner und Programme .................................. 1.2 Beispiel: Matrizenprodukt ................................. 2 Lineare Gleichungen und Ungleichungen . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 4 2.1 Die LR-Zerlegung mit Pivotsuche . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 4 . . . 2.2 Inversion mit totaler Pivotsuche . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 7 2.3 Die Cholesky-Zerlegung . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 9 2.4 Die QR-Zerlegung und vermittelndes Ausgleichen . . . . . . . . . . . . . . . . . 11 2.5 Zyklische Relaxation . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 14 . . . . . . . . . 2.6 Methode des stärksten Abstiegs . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 16 . . . . . 2.7 Lineare Optimierung . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 18 3 Iteration . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 22 . . . . . . . . . . . . . . 3.1 Vektoriteration nach von Mises . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 22 3.2 Inverse Iteration . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 24 . 3.3 Der LA-Algorithmus ..................................... 26 3.4 Iteration in einer Variablen . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 29 . . . . . . . . 3.5 Steffensen-lteration . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 30 . . . . . . . . . 3.6 Das Newton-Verfahren . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 32 . . . . . . . . . 3.7 Regula falsi . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 33 . . . . 3.8 Das vollständige Horner-Schema . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 35 . . . . . 3.9 Einfache NullstelJen von Polynomen . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 36 . . . . . .

In dem vorliegenden Buch werden zu grundlegenden Themen der numerischen Mathematik Übungsaufgaben und deren Lösungen vorgestellt. Damit wird es Studierenden aus den Mathematik- und Informatikstudiengängen und den Ingenieurwissenschaften ermöglicht, den in den Vorlesungen über numerische Mathematik erlernten Stoff selbständig zu vertiefen und sich auf anstehende Klausuren vorzubereiten. Die Aufgaben sind fast alle in Vorlesungen verwendet worden und besitzen unterschiedliche Schwierigkeitsgrade. In dem Buch wird außerdem mit der Audio- und Bildkompression eine aktuelle Anwendung der numerischen Mathematik vorgestellt. Die hier verwendeten Übungsaufgaben sind größtenteils dem Lehrbuch Numerische Mathematik kompakt entnommen. Die verwendeten Bezeichnungen sind aber weitgehend standardisiert, so dass das Übungsbuch unabhängig von dem genannten Lehrbuch verwendbar ist. Außerdem enthält es einige weitere Aufgaben, die in Numerikvorlesungen für Informatiker und Ingenieure und den dazugehörigen Klausuren eingesetzt wurden. In der vorliegenden zweiten Auflage sind Aktualisierungen, Korrekturen und stilistische Änderungen vorgenommen worden, zudem ist der Text um einige Aufgaben und Lösungen ergänzt worden.