Höhere Mathematik für Dummies
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Über den Autor 23
Danksagung 23
Einleitung 25
Ein leicht verständlicher Einstieg in die höhere Mathematik anhand von Beispielen 25
Überall praktische Beispiele 26
Törichte Annahmen über den Leser 26
Konventionen in diesem Buch 27
Wie dieses Buch strukturiert ist 27
Teil I: Eindimensionale Analysis 27
Teil II: Lineare Algebra 28
Teil III: Komplexe Analysis und Differentialgleichungen 28
Teil IV: Mehrdimensionale Analysis 28
Teil V: Der Top-Ten-Teil 29
Die Symbole in diesem Buch 29
Den modularen Aufbau für sich nutzen 29
Teil I Eindimensionale Analysis 31
Kapitel 1 Grundlagen der Analysis 33
Was Funktionen eigentlich sind 33
Graphische Darstellung von Funktionen 35
Polynome einfach verstehen 36
Bruchrechnung: Rationale Funktionen 39
Rasch Wachsende Exponentialfunktionen 40
Umgekehrt betrachtet: Logarithmusfunktionen 41
Von Umkehr- und Inversen Funktionen 43
Trigonometrische Funktionen 44
Trigonometrische Funktionen zeichnen 45
Identifikation mit trigonometrischen Identitäten 46
Grenzwerte einer Funktion Verstehen 46
Drei Funktionen erklären den Grenzwertbegriff 47
Links- und rechtsseitige Grenzwerte 48
Die formale Definition eines Grenzwertes - wie erwartet! 48
Unendliche Grenzwerte und Vertikale Asymptoten 49
Grenzwerte für x gegen unendlich 50
Grenzwerte und Stetigkeit von Funktionen 50
Einfache Grenzwerte auswerten 53
Einfachste Methode: Einsetzen und Auswerten 53
Echte Aufgabenstellungen mit Grenzwerten 54
Methode 1: Faktorisieren 54
Methode 2: Konjugierte Multiplikation 54
Methode 3: Einfache algebraische Umformungen 55
Methode 4: Das Grenzwert-Sandwich 56
Grenzwerte bei unendlich auswerten 57
Grenzwerte bei unendlich und horizontale Asymptoten 58
Algebraische Tricks für Grenzwerte bei unendlich verwenden 59
Kapitel 2 Differentiation von Funktionen einer Veränderlichen 61
Erste Schritte des Ableitens 62
Sein oder nicht sein? Drei Fälle, in denen die Ableitung nicht existiert 62
Grundlegende Regeln der Differentiation 64
Die Konstantenregel 64
Die Potenzregel 64
Die Koeffizientenregel 65
Die Summenregel - und die kennen Sie schon 65
Trigonometrische Funktionen differenzieren 65
Exponentielle und logarithmische Funktionen differenzieren 66
Fortgeschrittene Regeln der Differentiation 67
Die Produktregel 67
Die Quotientenregel 67
Die Kettenregel 68
Implizite Differentiation 71
Logarithmische Differentiation 72
Differentiation von Umkehrfunktionen 73
Keine Angst vor höheren Ableitungen 75
Kurvendiskussion: Extrem-, Wende- und Sattelpunkte 76
Berg und Tal: Positive und negative Steigungen 76
Bauchgefühle: Konvexität und Wendepunkte 77
Am Tiefpunkt angelangt: Ein lokales Minimum 77
Atemberaubender Blick: Das globale Maximum 78
Achtung - Nicht auf der Spitze stecken bleiben 78
Halten Sie sich fest - nun geht's bergab! 78
Jetzt wird's kritisch an den Punkten! 78
Lokale Extremwerte finden 79
Die kritischen Werte suchen 80
Der Test mit der ersten Ableitung - wachsend oder fallend? 81
Der Test mit der zweiten Ableitung - Krümmungsverhalten! 82
Globale Extremwerte finden 83
Konvexität und Wendepunkte praktisch bestimmen 85
Die Graphen von Ableitungen - jetzt wird gezeichnet! 87
Der Zwischenwertsatz - Es geht nichts verloren 90
Der Mittelwertsatz - Es bleibt Ihnen nicht(s) erspart! 92
Das nützliche Taylorpolynom 93
Die Regel von l'Hospital 96
Nicht akzeptable Formen in Form bringen 98
Kombinieren der Methoden - nur Geduld! 98
Kapitel 3 Von Folgen und Reihen 101
Folgen und Reihen: Worum es eigentlich geht 101
Folgen aneinanderreihen 102
Konvergenz und Divergenz von Folgen 103
Grenzwerte mit Hilfe der Regel von l'Hospital bestimmen 104
Reihen summieren 105
Partialsummen 105
Konvergenz oder Divergenz einer Reihe 105
Konvergenz oder Divergenz? Das ist hier die Frage! 107
Das einfachste Kriterium auf Divergenz: Eine notwendige Bedingung 107
Drei grundlegende Reihen und die zugehörigen Prüfungen auf Konvergenz beziehungsweise Divergenz 108
Geometrische Reihen 108
Harmonische Reihe 109
Teleskop-Reihen 110
Drei Vergleichskriterien für Konvergenz beziehungsweise Divergenz 111
Der direkte Vergleich - Minoranten-/Majorantenkriterium 111
Das Grenzwertkriterium 112
Quotienten- und Wurzelkriterium 114
Das Quotientenkriterium 114
Das Wurzel-Kriterium 115
Alternierende Reihen 116
Absolute oder normale Konvergenz - das ist die Frage! 116
Leibniz und das Kriterium für alternierende Reihen 117
Ableitungen und Integrale für Grenzprozesse nutzen 120
Eine erste spezielle Reihenart, die Potenzreihen 122
Potenzreihen (er)kennen 122
Konvergenzbereich von Potenzreihen 123
Rechnen Sie mit Potenzreihen 124
Eine zweite spezielle Reihenart, die Taylorreihen 125
Kapitel 4 Eindimensionale Integration 127
Das bestimmte Integral - Flächen berechnen 127
Stammfunktionen suchen - rückwärts ableiten 129
Flächenfunktionen beschreiben 130
Achtung Tusch: Der Hauptsatz der Differential- und Integralrechnung 131
Der andere Hauptsatz der Differential- und Integralrechnung 132
Stammfunktionen finden - Drei grundlegende Techniken 135
Umkehrregeln für Stammfunktionen 135
Umkehrregeln zum Aufwärmen 135
Die umgekehrte Potenzregel 135
Genial einfach: Raten und Prüfen 136
Die Substitutionsmethode 137
Flächen mithilfe von Substitutionsaufgaben bestimmen 140
Partielle Integration: Teile und Herrsche! 141
Wählen Sie weise! 143
Partielle Integration: Immer wieder dasselbe! 144
Im Kreis gelaufen und doch am Ziel 145
Integrale mit Sinus und Kosinus 146
Fall 1: Die Potenz vom Sinus ist ungerade und positiv 146
Fall 2: Die Potenz vom Kosinus ist ungerade und positiv 147
Fall 3: Die Potenzen von Sinus und Kosinus sind gerade aber nicht negativ 147
Integrieren mit dem A-B-C der Partialbrüche 148
Fall 1: Der Nenner enthält nur lineare Faktoren 149
Fall 2: Der Nenner enthält nicht zu kürzende quadratische Faktoren 150
Fall 3: Der Nenner enthält lineare oder quadratische Faktoren in höherer Potenz 151
Bonusrunde - Der Koeffizientenvergleich 152
Integrale rationaler Funktionen von Sinus und Kosinus 153
Grau ist alle Theorie - Praktische Integrale! 153
Die Fläche zwischen zwei Funktionen berechnen 154
Bogenlängen bestimmen 156
Oberflächen von einfachen Rotationskörpern bestimmen 158
Teil II Lineare Algebra 161
Kapitel 5 Die Grundlagen: Vektorräume und lineare Gleichungssysteme 163
Vektoren erleben 163
Vektoren veranschaulichen 164
Mit Vektoren anschaulich rechnen 166
Mit Vektoren rechnen 167
Betrag eines Vektors berechnen 170
Das Skalarprodukt von Vektoren berechnen 171
Schöne Vektorraumteilmengen: Untervektorräume bestimmen 174
Vektoren und ihre Koordinaten bestimmen 176
Punkte, Geraden und Ebenen im dreidimensionalen Raum 179
Arten von linearen Gleichungssystemen 180
Homogene Gleichungssysteme 181
Inhomogene Gleichungssysteme 181
Überbestimmte Gleichungssysteme 182
Unterbestimmte Gleichungssysteme 182
Quadratische Gleichungssysteme 183
Nicht lösbare Gleichungssysteme 184
Graphische Lösungsansätze für LGS 184
Kapitel 6 Überleben in der Welt der Matrizen .185
Was Matrizen wirklich sind 185
Addition von Matrizen 186
Skalarmultiplikation von Matrizen 187
Multiplikation von Matrizen 187
Matrizen in Produktionsprozessen 188
Transponierte und symmetrische Matrizen 190
Keine Angst vor inversen Matrizen 191
Matrizen und lineare Gleichungssysteme 192
Das Lösungsverfahren: Der Gaußsche Algorithmus 192
Der Rang von Matrizen 197
Matrizen invertieren in der Praxis 198
Kriterien für die Lösbarkeit von homogenen Gleichungssystemen 199
Kriterien für die Lösbarkeit von inhomogenen Gleichungssystemen 200
Matrizen und lineare Abbildungen 200
Lineare Abbildungen an Beispielen 201
Matrizen als lineare Abbildungen 202
Bilder und Kerne, Ränge und Defekte - in der Theorie 202
Bilder und Kerne, Ränge und Defekte - in der Praxis 203
Lineare Abbildungen durch Matrizen darstellen 205
Matrizen und ihre Determinanten 207
Determinanten von 2 × 2 - Matrizen 207
Determinanten von 3 × 3 - Matrizen 207
Determinanten von allgemeinen Matrizen 208
Determinanten, Matrizen & lineare Gleichungssysteme 210
Die Cramersche Regel 211
Die Inversen mittels Adjunktenformel berechnen 213
Flächen und Volumina mittels Determinanten berechnen 215
Kreuzprodukt von Vektoren 216
Kapitel 7 Das Matrizen-Finale: Hauptachsentransformationen und euklidische Vektorräume 219
Basistransformation 220
Auf den Maßstab kommt es an! 220
Geben Sie mir Ihre Koordinaten! 221
Matrixdarstellung bei unterschiedlichen Basen 223
Basistransformationsmatrizen 225
Überzeugende Diagramme 226
Eigenwerte und Eigenvektoren 228
Was sind Eigenwerte und Eigenvektoren? 228
Eigenwerte einer Matrix berechnen 228
Eigenvektoren einer Matrix berechnen 230
Eigenräume finden und analysieren 231
Matrizen diagonalisieren 232
Drehungen und Spiegelungen 236
Drehungen in der Ebene 237
Berechnung des Drehwinkels in der Ebene 239
Spiegelungen in der Ebene 239
Berechnung der Spiegelachse in der Ebene 241
Drehungen im dreidimensionalen Raum 244
Mit Skalarprodukten messen können 247
Starten mit dem Standard-Skalarprodukt 248
Die allgemeinen Skalarprodukte 250
Die Norm als Längenbegriff verstehen 251
Wichtige Eigenschaften der Norm 251
Alles Senkrecht? - Orthogonalität erwünscht 252
Den Öffnungswinkel zwischen Vektoren (er)kennen 252
Allgemeine euklidische Vektorräume untersuchen 253
Orthogonale Vektoren allgemein beschreiben 254
Orthogonalsysteme und orthogonale Basen 254
Orthonormale Systeme und orthonormale Basen 255
Teil III Komplexe Analysis, Fourieranalysis Und Differentialgleichungen 259
Kapitel 8 Nicht reell aber real - die komplexen Zahlen 261
Was komplexe Zahlen wirklich sind 261
Komplexe Rechenoperationen 263
Die komplexe Addition 263
Die komplexe Multiplikation 263
Die Konjugierte einer komplexen Zahl 264
Die komplexe Division 265
Zusammenhänge zwischen den komplexen Operationen 265
Komplexe quadratische Gleichungen 266
Darstellung komplexer Zahlen als Paare reeller Zahlen 267
Darstellung komplexer Zahlen durch Polarkoordinaten 268
Komplexe Potenzen und Wurzeln 271
Anwendungen komplexer Zahlen 273
Kapitel 9 Funktionentheorie: Komplexe Funktionen 277
Tusch bitte: Holomorphe Funktionen 277
Komplexe versus reelle Differenzierbarkeit 281
Elementare komplexe Funktionen 282
Komplexe Exponentialfunktion 282
Komplexe Logarithmusfunktion 283
Komplexe trigonometrische Funktionen 284
Nicht über isolierte Singularitäten stolpern 284
Noch mehr Reihen: die Laurentreihen 286
(Fast) Keine Angst vor den Residuen 287
Komplexe Kurvenintegrale berechnen 288
Integrale mittels Parametrisierungen lösen 289
Integrale mittels Stammfunktionen lösen 290
Integrale mittels Residuensatz lösen 290
Integrale mittels Cauchyscher Integralformeln lösen 291
Praktische Anwendung der komplexen auf reelle Integrale 292
Kapitel 10 Fourierreihen und -integrale 295
Periodische Funktionen erkennen und erschaffen 295
Der periodische Fall: Fourierreihen 297
Die komplexe Form der Fourierreihe 301
Der nicht-periodische Fall: Fouriertransformation 302
Praktische Berechnung der Fouriertransformierten 304
Anwendung der Fourieranalyse - kurzgefasst 306
Kapitel 11 Gewöhnliche Differentialgleichungen 309
Einführende Gedanken zu Differentialgleichungen 309
Mit Isoklinen zur Lösung 311
Die Frage nach der Existenz und Eindeutigkeit 314
Einfache Spezialfälle von Differentialgleichungen 315
Der einfachste Fall: y' = f(x) 315
Der Fall: y'= f(x) · g(y) - Trennung der Variablen 315
Lineare Differentialgleichungen erster Ordnung 317
Homogene lineare Differentialgleichungen erster Ordnung 317
Inhomogene lineare Differentialgleichungen erster Ordnung 318
Praktische Lösungsmethode: Variation der Konstanten 320
Systeme gewöhnlicher linearer Differentialgleichungen erster Ordnung 321
Homogene Systeme mit konstanten Koeffizienten 322
Inhomogene Systeme mit konstanten Koeffizienten 324
Gewöhnliche lineare Differentialgleichungen zweiter Ordnung mit konstanten Koeffizienten 326
Äquivalenz einer Differentialgleichung n-ter Ordnung mit einem System erster Ordnung 327
Lineare Differentialgleichungen n-ter Ordnung lösen 328
Homogene lineare Differentialgleichungen n-ter Ordnung 328
Homogene lineare Differentialgleichungen n-ter Ordnung mit konstanten Koeffizienten 329
Spezielle Lösung einer inhomogenen linearen Differentialgleichung n-ter Ordnung 331
Anwendungen in der Schwingungslehre 332
Teil IV Mehrdimensionale Analysis 335
Kapitel 12 Differentiation von Funktionen mehrerer Variabler 337
Funktionen mehrerer Variabler graphisch darstellen 338
Mit Schnitten und Niveau zum Erfolg 341
Schnitte von Graphen 341
Höhen- und Niveaulinien von Graphen 343
Stetigkeit von Funktionen mehrerer Variabler 344
Partielle Ableitungen - auch hier ein Kinderspiel 346
Unabhängiges Pärchen: Partielle Ableitungen und Stetigkeit 348
Tangentialebenen als Tangenten-Alternative 349
Volles Programm: Totale Differenzierbarkeit 349
Gewünschte Zugabe: Totales Differential 350
Rechenregeln des Ableitens für Funktionen mehrerer Variabler 351
Implizite Funktionen differenzieren können 353
Höhere Ableitungen: Hilfe durch den Satz von Schwarz 354
Kurvendiskussion für Funktionen mehrerer Variabler 356
Kritische Punkte von Funktionen in höheren Dimensionen 356
Hinreichende Kriterien für Extrema und Sattelpunkte 357
Hinreichende Kriterien für Funktionen in zwei Variablen 359
Extremwerte unter Nebenbedingungen 361
Nebenbedingung mithilfe des Lagrangeschen Ansatzes lösen 361
Nebenbedingung mithilfe des Einsetzverfahrens lösen 364
Kopf an Kopf Rennen - beide Verfahren im direkten Vergleich 365
Kapitel 13 Mehrdimensionale Integration 371
Flächenintegrale - ein Einstieg 371
Das Prinzip des Cavalieri - Volumen der Drehkörper 377
Volumenintegrale - der Aufstieg 379
Das Trägheitsmoment einer homogenen Kugel 381
Volumen eines dreidimensionalen Rotationskörpers 382
Das Volumen des Torus auf zwei Arten berechnen 383
Parametrisierung des Torus 384
Volumen des Torus als Rotationskörper 385
Volumen des Torus mithilfe der zweiten Guldinschen Regel 387
Integrierbare Funktionen mehrerer Variabler - der Gipfel 387
Mit feinster (Quader-)Rasterung zum Ziel kommen 388
Endlich Gebiete erkennen 389
Offene und (weg-)zusammenhängende Mengen 390
Integrale überzeugend definieren und verstehen 391
Substitution durch Transformation 393
Kapitel 14 Vektoranalysis in drei Dimensionen 397
Skalar- und Vektorfelder 397
Keine Angst vor Differentialoperatoren 399
Gradient eines Skalarfeldes 400
Divergenz eines Vektorfeldes 400
Rotation eines Vektorfeldes 402
Rechenregeln für Gradient, Divergenz, Rotation, Laplace und Nabla 403
Das übersichtliche Nabla-Kalkül 404
Langsam durch Kurven und ihre Integrale 405
Kurven in der Ebene und im Raum 406
Kurven und ihre (Bogen-)Länge 408
Massen, Schwerpunkte und Oberflächen rotierender Kurven 410
Die Oberfläche des Torus auf zwei Arten berechnen 412
Skalare Kurvenintegrale - der Länge nach integrieren 413
Vektorielle Kurvenintegrale - gut für die Zirkulation 414
Wegunabhängigkeit von Gradientenfeldern 415
Integrale über geschlossenen Kurven 415
Integrabilitätsbedingung für Gradientenfelder 416
Oberflächlich durch den Raum 419
Flächen im dreidimensionalen Raum 419
Massen und Schwerpunkte von Flächen im Raum 421
Flächen orientieren - Außenseiten bestimmen 421
Skalare Oberflächenintegrale - Oberflächen berechnen 423
Vektorielle Oberflächenintegrale - im Fluss stehen 423
Den Fluss am Kreiskegel schrittweise berechnen 425
Formeln von Gauß, Stokes, Green und Maxwell 428
Gaußscher Integralsatz - der erste Höhepunkt 428
Stokesscher Integralsatz - der zweite Höhepunkt 429
Greensche Formeln - in Kürze und Würze 432
Maxwellgleichungen - kurz und knapp! 433
Teil V Der Top-Ten-Teil 435
Kapitel 15 Mehr als zehn wichtige Formeln 437
Wichtiger Grenzwert 437
Wichtiger Mittelwertsatz 437
Wichtiger Taylorreihenansatz 438
Wichtiger Hauptsatz der Differential- und Integralrechnung 438
Wichtiger Betrag eines Vektors 438
Wichtiger Dimensionssatz für lineare Abbildungen 438
Wichtiges Orthonormalisierungsverfahren 439
Wichtige komplexe Wurzeln 439
Wichtiger Residuensatz 439
Wichtige Fouriertransformation 439
Wichtige Lösung einer inhomogenen linearen Differentialgleichung 440
Wichtige Hessematrix 440
Wichtige Integrale über Gebieten 440
Wichtige Sätze von Gauß und Stokes 440
Bonusrunde: Wichtige Gleichung 441
Kapitel 16 Zehn interessante Ansätze der Physik 443
Lorentz und die relativen Geschwindigkeiten 443
Dopplers Effekte 445
Keplers Planetengesetze 445
Galileis Fallgesetz 446
Newtons Trägheitsgesetz 446
Maxwell und seine Gleichungen 446
Plancks Wirkung 447
Schrödingers Gleichung 447
Heisenbergsche Unschärfe 448
Einsteins E = mc2 und seine spezielle Theorie zur Relativität 448
Bonusrunde: Einsteins allgemeine Relativitätstheorie 449
Stichwortverzeichnis 451
Einleitung
Ich freue mich und möchte Ihnen danken, dass Sie sich für dieses Buch entschieden haben - eine wirklich gute Wahl, wie ich finde. Dieses Buch ist für all diejenigen geschrieben, die einen leicht und locker geschriebenen, praxisorientierten Einblick in die »Welt der Höheren Mathematik« genießen wollen. Dieses Buch eignet sich für werdende Physiker, Chemiker, Biologen, Geowissenschaftler, Informatiker, Ingenieure aber auch Mediziner und selbst reine Mathematiker gleichermaßen! Naturwissenschaftliche Grundlagen benötigen jede Menge Mathematik. Eine gute abstrakte Herangehensweise an die Welt schadet allerdings auch jenseits der MINT-Fächer niemanden und kann durch höhere Mathematik ebenfalls gut trainiert werden. All das finden Sie in diesem Buch und das möglichst leicht verständlich mit vielen Beispielen - das war mein Ziel bei der Zusammenstellung der einzelnen Kapitel.
Ein leicht verständlicher Einstieg in die höhere Mathematik anhand von Beispielen
Verstehen Sie mich nicht falsch: Die Tiefe der Mathematik lernt man, indem man nach dem Warum? fragt. Wenn Sie als Mathematikstudent dieses Buch lesen, werden Ihnen in diesem Buch die Beweise und Übungsaufgaben zum Selbststudium fehlen. Das ist nicht das Anlie- gen dieser Lektüre. Dieses Buch ist für Studierende, speziell für mathematikgrundlagenlastige MINT-Fächer orientierte, geschrieben, die Mathematik in Ihrem Studium anwenden und so viel Mathematik verstehen müssen, dass Sie sich später mit Mathematikern unterhalten können. Das Buch ist für all diejenigen interessant, die naturwissenschaftliche Zusammenhänge verstehen wollen und dafür Mathematik benötigen!
In diesem Buch ist für jeden etwas dabei - ein leicht verständlicher praxisnaher Einstieg sowohl in die Grundlagen der Mathematik als auch in die »Höhere Mathematik« und das Ganze anhand von Beispielen aus der Praxis.
Die ersten Kapitel geben eine solide, aber vielleicht knappe Darstellung der mathematischen Grundlagen. Sollten Sie mehr Tiefe in diesen Grundlagen benötigen, dann könnte Ihnen das Buch Mathematik für Naturwissenschaftler für Dummies, ebenfalls erschienen im Verlag Wiley-VCH, helfen. Hier in diesem Buch behandle ich nach einer Einführung für jederman auch die schweren Geschütze der Analysis: Mehrdimensionale Funktionen, komplexe Funktionen, Differentialgleichungen, Vektoranalysis und so weiter und so fort.
Übrigens, jedes der beiden Bücher steht und liest sich für sich. In beiden Büchern zusammen bekommen Sie einen kompetenten Überblick über die gesamte Mathematik von A bis Z, wie sie ein Naturwissenschaftler erleben sollte. So finden Sie die Grundlagen der Statistik und Wahrscheinlichkeitsrechnung im oben genannten anderen Buch.
Überall praktische Beispiele
Beispiele aus dem täglichen (mathematischen) Leben spielen eine wesentliche Rolle in diesem Buch. Sie erkennen die Beispiele im Text durch eine hervorgehobene Einleitung wie »Ein Beispiel« oder »Noch ein Beispiel« oder auch »Und noch ein Beispiel« und so weiter. In diesen Beispielrechnungen sehen Sie, wie Sie praktisch die theoretischen Zusammenhänge anwenden, so dass Sie besser vorbereitet sind, wenn Sie später konkrete Probleme lösen müssen.
Ich gehe sogar noch einen Schritt weiter und das wird vielleicht nicht alle meine Mathematikkollegen erfreuen: Ich werde an einigen Stellen die zu verstehenden Begriffe eher an Beispielen praktisch vorrechnen. Ich verspreche mir davon, dass Sie bei einem gut gewählten Beispiel mehr als nur die konkrete Lösung ablesen können und zusätzlich das allgemeine Prinzip des Vorgehens besser verstehen. Zusätzliche Hinweise werden dann die allgemeine Behandlung abrunden.
Darüber hinaus finden Sie über das gesamte Buch verteilt, immer mal wieder Anwendungen aus verschiedenen Bereichen der Naturwissenschaften, die Ihnen zeigen sollen, wie man die jeweils gerade zu lernende Mathematik im Alltag anwenden kann.
Törichte Annahmen über den Leser
Oder anders ausgedrückt: Für wen ist dieses Buch geschrieben? Zunächst einmal haben Sie sich nicht vom Titel abschrecken lassen - weder von dem Wort »Mathematik« noch von »Dummie«. Ich bin stolz auf Sie, aber es gäbe auch keinen Grund!
Dieses Buch ist geschrieben für .
- Studenten und Studentinnen, die mathematisch-naturwissenschaftliche Grundlagen verstehen wollen oder müssen. Dieses Buch gibt Ihnen Ein- und Überblicke und Sie werden nicht genervt mit technischen Details. Sie finden praktische Hinweise und jede Menge Beispiele. Die mathematischen Begriffe werden erklärt und erläutert; insbesondere sehen Sie Querverbindungen und Zusammenhänge.
- Schüler und Schülerinnen, die an der Mathematik interessiert sind und erste Einblicke in die schillernde Welt der Mathematik bekommen möchten. Sie könnten auch ein/e Schüler/in sein, der/die einen Einblick in die Universitätsmathematik bekommen möchte.
- Studenten oder Studentinnen, die Mathematik in Ihrem Studienfach haben und ein wenig frustriert von der in der Veranstaltung angegebenen Literatur sind.
- Leser des ersten Buches Mathematik für Naturwissenschaftler für Dummies, erschienen im Verlag Wiley-VCH, die nun tiefer in die »Höhere Mathematik« einsteigen möchten.
- Interessierte Personen jeden Alters, die einfach Spaß an der Mathematik haben möchten. Beeindrucken Sie Menschen, die es nicht von Ihnen erwarten mit mathematischen Konzepten. Und nebenbei, sollte man sich nicht immer weiterbilden - vielleicht auch gerade mathematisch? So folgen Sie mir auf den Spuren einer der ältesten Wissenschaften.
Konventionen in diesem Buch
Es gibt nicht viele Regeln für dieses Buch, in die ich Sie vorher einführen müsste. Mir war beim Schreiben des Buches wichtig, dass Sie mit Spaß und einem Lächeln kompetent durch die Mathematik geführt werden. Mathematik kann nämlich Spaß machen und ist keineswegs so trocken, wie oftmals (fälschlicherweise) vermutet. Lassen Sie sich (ver)führen.
Vielleicht ein paar Kleinigkeiten zur Darstellung. Ich werde Sie stark motivieren und Ihnen die Zusammenhänge zum praktischen Leben aufzeigen. Sie werden viele Beispiele erleben und vorgerechnet sehen. Manchmal bitte ich Sie, dies rasch einmal selbst durchzurechnen - ich würde dies nicht als Übungsaufgaben verkaufen wollen, aber das selbstständige Üben ist in der Mathematik ein wesentlicher Bestandteil des Erlernens. Nutzen Sie die Chancen, wenn ich Ihnen diese gebe.
Die Symbole am Rand werden Ihnen helfen, schnell und übersichtlich die wichtigen Passa- gen zu erkennen. Begriffe und Schlüsselwörter werden kursiv gesetzt. So haben Sie alles wichtige immer schnell im Blick.
Nützliche Alltagsbezüge finden Sie in regelmäßigen Abständen in grauen Kästen. Diese dienen der Auflockerung - dort können Sie ein wenig aufatmen und verschnaufen.
Wie dieses Buch strukturiert ist
Dieses Buch ist in fünf Teile untergliedert. Die jeweiligen Teile sind in kleinere und handliche Portionen, die Kapitel, geteilt, so dass Sie den Stoff besser aufnehmen können. Die angegebenen Teile sind grundsätzlich in analytische und algebraische Themen unterteilt, wobei diese thematisch stark ineinander verwoben sind. Grundlagen der Stochastik, also eine Einführung in die Wahrscheinlichkeitsrechnung und Statistik, erhalten Sie in dem Buch Mathematik für Naturwissenschaftler für Dummies, erschienen im Verlag Wiley-VCH.
Teil I: Eindimensionale Analysis
In diesem Teil starte ich mit Ihnen den Streifzug durch die Mathematik. Im ersten Kapitel gehe ich noch einmal die Grundlagen durch. Im zweiten Kapitel leiten Sie dann Funktionen ab: Sie lernen zu differenzieren. Das Ganze wird unter anderem für die Kurvendiskussion von Funktionen benötigt, um Funktionen grundlegend zu analysieren. Im dritten Kapitel werden Folgen und Reihen diskutiert. Insbesondere wenden Sie diese Theorie an, um mittels Potenzund Taylorreihen schwierige Funktionen erfolgreich anzunähern. Im vierten Kapitel zeige ich Ihnen, wie Sie Funktionen integrieren. Mittels Integrale können Sie beispielsweise Flächen und Bogenlängen bestimmen. Hierfür lernen Sie verschiedene Integrationstechni- ken kennen.
Teil II: Lineare Algebra
Die lineare Algebra ist ein grundlegendes Teilgebiet der Mathematik. Ich zeige Ihnen in drei Kapiteln, wie man in der Praxis mit Geraden und Ebenen umgeht, wie man in Vektorräumen rechnet und wie man (lineare) Gleichungssysteme unkompliziert löst, auch wenn sie fünf, sechs oder gar mehr Gleichungen enthalten. Außerdem zeige ich Ihnen, wie man Drehungen und Spiegelungen in den Griff bekommt, ohne den Überblick zu verlieren und wie man in vielen, ganz allgemeinen Räumen Abstände und Winkel messen kann. Als notwendiges Hilfsmittel führe ich Sie in die Welt der Matrizen ein und zeige Ihnen, wie Sie mithilfe dieser die wichtigen linearen Abbildungen besser verstehen und darstellen...
