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| Inhaltsverzeichnis | ||||||
| Vorwort | xxvii | |||||
| Teil I Mathematisches Grundwissen | 1 | |||||
| Kapitel 1 Mengen und Aussagen | 3 | |||||
| Einführung | 4 | |||||
| 1.1 | Grundbegriffe der Mengenlehre | 6 | ||||
| A. | Was ist eine Menge? | 6 | ||||
| B. | Beschreibungen von Mengen | 7 | ||||
| C. | Teilmengenbeziehung und Gleichheit bei Mengen | 7 | ||||
| D. | Die Mächtigkeit einer Menge | 8 | ||||
| E. | Eine Menge, die nicht fehlen darf | 9 | ||||
| 1.2 | Grundlegende Zahlbereiche | 9 | ||||
| A. | Mengenbezeichnungen für Zahlbereiche | 9 | ||||
| B. | Zum Unterschied zwischen rationalen und reellen Zahlen . | 10 | ||||
| C. | Ein weiterer Grund für Zahlbereichserweiterungen | 12 | ||||
| D. | Eine grundlegende Eigenschaft reeller Zahlen | 12 | ||||
| E. | Die Lösung reeller quadratischer Gleichungen | 13 | ||||
| 1.3 | Verknüpfungen von Mengen | 15 | ||||
| A. | Vier grundlegende Verknüpfungen von Mengen | 15 | ||||
| B. | Die disjunkte Mengenvereinigung | 16 | ||||
| C. | Grundgesetze bei Mengenverknüpfungen | 17 | ||||
| D. | Regeln bei Mächtigkeiten von endlichen Mengen | 20 | ||||
| 1.4 | Aussagen und deren logische Verknüpfungen | 21 | ||||
| A. | Wahrheitswerte logischer Aussagen | 21 | ||||
| B. | Verknüpfungen von Aussagen und Wahrheitstafeln | 22 | ||||
| C. | Zur Äquivalenz von Aussagen | 23 | ||||
| D. | Die logische Grundlage dreier Beweismethoden | 24 | ||||
| E. | Gesetzmäßigkeiten bei Verknüpfungen von Aussagen | 26 | ||||
| F. | Normalformen bei aussagenlogischen Formeln | 27 | ||||
| 1.5 | Potenzmenge und kartesische Produkte | 27 | ||||
| A. | Die Potenzmenge einer Menge | 27 | ||||
| B. | Mengensysteme | 28 | ||||
| C. | Kartesische Produkte | 29 | ||||
| 1.6 | Zur Bildung von mehrfachen Verknüpfungen | 30 | ||||
| A. | Das Summen- und das Produktzeichen | 30 | ||||
| B. | Grundregeln für das Rechnen mit Summen und Produkten | 32 | ||||
| C. | n-fache kartesische Produkte | 33 | ||||
| 1.7 | Verknüpfungen bei beliebigen Indexmengen | 35 | ||||
| A. | Reihen - Summation unendlich vieler Zahlen | 35 | ||||
| B. | Schnitte und Vereinigungen über Mengensystemen | 35 | ||||
| C. | Existenz- und Allquantor | 36 | ||||
| 1.8 | Exkurs: Das Auswahlaxiom | 38 | ||||
| Zusammenfassung | 39 | |||||
| Übungsaufgaben | 40 | |||||
| Kapitel 2 Natürliche und ganze Zahlen | 43 | |||||
| Einführung | 44 | |||||
| 2.1 | Vollständige Induktion | 46 | ||||
| A. | Die Wohlordnungseigenschaft der natürlichen Ordnung | 46 | ||||
| B. | Das Prinzip der vollständigen Induktion | 47 | ||||
| C. | Zwei Beispiele zur vollständigen Induktion | 49 | ||||
| D. | Die Fakultätsfunktion und deren Wachstumsverhalten | 52 | ||||
| E. | Die geometrische Summe | 54 | ||||
| F. | Die Summenregel aus der Kombinatorik | 55 | ||||
| 2.2 | Primfaktorzerlegung | 56 | ||||
| A. | Die Teilbarkeitsrelation | 56 | ||||
| B. | Primzahlen | 57 | ||||
| C. | Eine zweite Form des Prinzips der vollständigen Induktion | 58 | ||||
| D. | Die Primfaktorzerlegung natürlicher Zahlen | 60 | ||||
| E. | Ein naives Faktorisierungsverfahren | 62 | ||||
| 2.3 | Darstellungen ganzer Zahlen | 63 | ||||
| A. | Division mit Rest | 63 | ||||
| B. | Die ß-adische Darstellung einer ganzen Zahl | 65 | ||||
| C. | Korrektheit und Terminierung bei Algorithmen | 67 | ||||
| D. | Zur Komplexität eines Algorithmus | 68 | ||||
| 2.4 | Der Euklidische Algorithmus | 69 | ||||
| A. | Größte gemeinsame Teiler | 69 | ||||
| B. | Die Berechnung des ggT zweier Zahlen | 70 | ||||
| C. | Die Berechnung der Vielfachsummendarstellung eines gg7 | 72 | ||||
| D. | Eine Anwendung des erweiterten Euklidischen Algorithmus | 74 | ||||
| E. | Das kleinste gemeinsame Vielfache zweier ganzer Zahlen | 74 | ||||
| Zusammenfassung | 75 | |||||
| Übungsaufgaben | 77 | |||||
| Kapitel 3 Abbildungen, Äquivalenzrelationen und partielle Ordnungen | 81 | |||||
| Einführung | 82 | |||||
| 3.1 | Grundlagen über Relationen | 84 | ||||
| A. | Was ist eine Relation? | 84 | ||||
| B. | Umkehrung und Verkettung von Relationen | 84 | ||||
| C. | Gerichtete Graphen | 85 | ||||
| 3.2 | Der Abbildungsbegriff | 86 | ||||
| A. | Was versteht man unter einer Abbildung? | 86 | ||||
| B. | Schreib- und Sprechweisen bei Abbildungen | 87 | ||||
| C. | Spezielle Eigenschaften bei Abbildungen | 88 | ||||
| D. | Die Urbildpartition zu einer Abbildung | 90 | ||||
| E. | Zur Umkehrung von Abbildungen | 91 | ||||
| F. | Die Verkettung von Abbildungen | 92 | ||||
| 3.3 | Besonderheiten bei endlichen Mengen | 93 | ||||
| 3.4 | Gleichmächtigkeit | 96 | ||||
| A. | Was bedeutet die Gleichmächtigkeit zweier Mengen? | 96 | ||||
| B. | Die Gleichmächtigkeit von N, von Z und von Q | 96 | ||||
| C. | Die Überabzählbarkeit der reellen Zahlen | 98 | ||||
| 3.5 | Ordnungsrelationen | 100 | ||||
| A. | Partielle Ordnungen | 100 | ||||
| B. | Einige Beispiele partieller Ordnungen | 101 | ||||
| G. | Totale Ordnungen | 102 | ||||
| 3.6 | Äquivalenzrelationen | 103 | ||||
| A. | Was ist eine Äquivalenzrelation? | 103 | ||||
| B. | Beispiele von Äquivalenzrelationen | 103 | ||||
| C. | Äquivalenzklassen | 105 | ||||
| D. | Restklassen modulo n | 105 | ||||
| E. | Repräsentantensysteme | 107 | ||||
| 3.7 | Exkurs: Kontinuumshypothese und Hasse-Diagramme | 108 | ||||
| A. | Abbildungen und kartesische Produkte | 108 | ||||
| B. | Zur Kontinuumshypothese | 108 | ||||
| C. | Kleinste und größte Elemente in partiell geordneten Mengen | 109 | ||||
| D. | Wohlordnungcn als spezielle Ordnungen | 109 | ||||
| E. | Darstellung partieller Ordnungen durch Hasse-Diagramme | 110 | ||||
| F. | Reduktion und Normalformen | 110 | ||||
| Zusammenfassung | 112 | |||||
| Übungsaufgaben | 114 | |||||
| Teil II Grundlagen der Diskreten Mathematik | 117 | |||||
| Kapitel 4 Kombinatorik | 119 | |||||
| Einführung | 120 | |||||
| 4.1 | Grundregeln des Zählens | 122 | ||||
| A. | Die Summenregel | 122 | ||||
| B. | Die Gleichmächtigkeitsregel | 122 | ||||
| C. | Die Produktregel | 123 | ||||
| D. | Die Potenzregel | 124 | ||||
| 4.2 | Binomialkoeffizienten | 125 | ||||
| A. | Potenzmengen und charakteristische Funktionen | 125 | ||||
| B. | Was ist ein Binomialkoeffizient? | 126 | ||||
| C. | Gesetzmäßigkeiten bei Binomialkoeffizienten | 126 | ||||
| D. | Der Binomialsatz | 129 | ||||
| 4.3 | Abbildungen auf endlichen Mengen | 132 | ||||
| A. | Die Rückführung auf Standardmengen | 132 | ||||
| B. | Die Anzahl der injektivon und bijektiven Abbildungen | 132 | ||||
| C. | Formale Beweise | 133 | ||||
| 4.4 | Das Inklusions-Exklusions-Prinzip | 135 | ||||
| A. | Der Spezialfall bei Vereinigungen von drei Mengen | 135 | ||||
| B. | Die allgemeine Inklusions-Exklusions-Formel | 135 | ||||
| C. | Ein weiterer Beweis der Inklusions-Exklusions-Formel | 137 | ||||
| D. | Die Siebformel | 137 | ||||
| 4.5 | Anwendungen der Siebformel | 138 | ||||
| A. | Die Euler-Funktion | 138 | ||||
| B. | Die Multiplikativität der Euler-Funktion | 140 | ||||
| C. | Die Anzahl der surjektiven Abbildungen zwischen zwei endlichen Mengen | 141 | ||||
| 4.6 | Exkurs: Darstellung von Permutationen | 142 | ||||
| A. | Eine erste Darstellungsmöglichkeit von Permutationen | 142 | ||||
| B. | Die Zykelsehreibweise | 143 | ||||
| C. | Multiplikation von Zyklen | 144 | ||||
| D. | Transpositionen - die einfachsten Permutationen | 144 | ||||
| E. | Zur Eindeutigkeit der Darstellung von Permutationen | 145 | ||||
| Zusammenfassung | 147 | |||||
| Übungsaufgaben | 149 | |||||
| Kapitel 5 Diskrete Wahrscheinlichkeitsrechnung | 153 | |||||
| Einführung | 154 | |||||
| 5.1 | Grundbegriffe der Wahrscheinlichkeitsrechnung | 156 | ||||
| A. | Der Ergebnisraum | 156 | ||||
| B. | Ereignisse | 157 | ||||
| C. | Was versteht man unter einer Wahrscheinlichkeit? | 158 | ||||
| D. | Grundregeln für das Arbeiten mit Wahrscheinlichkeitsräumen | 160 | ||||
| 5.2 | Laplace-Modelle und vier Kugel-Modelle | 162 | ||||
| A. | Was ist ein Laplace-Modell? | 162 | ||||
| B. | Die vier grundlegenden Experimente als Kugel-Modelle | 163 | ||||
| C. | Die vier Kugel-Modelle nochmals im Überblick | 165 | ||||
| 5.3 | Zufallsvariablen und induzierte Wahrscheinlichkeitsfunktionen | 166 | ||||
| A. | Laplace-Modelle im Hintergrund | 166 | ||||
| B. | Zufallsvariable und Transformation | 168 | ||||
| C. | Schreibweisen beim Umgang mit Zufallsvariablen | 170 | ||||
| D. | Indikatorvariablen und relative Häufigkeiten | 170 | ||||
| 5.4 | Mehrstufige Experimente und bedingte Wahrscheinlichkeiten | 171 | ||||
| A. | Was versteht man unter einer bedingten Wahrscheinlichkeit? | 171 | ||||
| B. | Zwei Beispiele für den Umgang mit bedingten Wahrscheinlichkeiten | 172 | ||||
| C. | Die Formel von der totalen Wahrscheinlichkeit | 173 | ||||
| D. | Die Formel von Bayes | 174 | ||||
| E. | Ein Beispiel aus der Medizin | 174 | ||||
| 5.5 | Stochastische Unabhängigkeit | 176 | ||||
| A. | Die stochastische Unabhängigkeit zweier Ereignisse | 176 | ||||
| B. | Stochastische Unabhängigkeit bei mehreren Ereignissen | 177 | ||||
| C. | Die Unabhängigkeit zweier Zufallsvariablen | 177 | ||||
| 5.6 | Erwartungswert und Varianz | 177 | ||||
| A. | Der Erwartungswert einer Zufallsvariablen | 177 | ||||
| B. | Eine alternative Formel zur Berechnung des Erwartungswertes | 179 | ||||
| C. | Die Varianz einer Zufallsvariablen | 179 | ||||
| D. | Die wichtigsten Gesetzmäßigkeiten beim Bilden von Erwartungswerten | 181 | ||||
| E. | Die wichtigsten Gesetzmäßigkeiten bei der Berechnung von Varianzen | 183 | ||||
| 5.7 | Binomialverteilungen | 185 | ||||
| A. | Bernoulli-Experimente und Bernoulli-Ketten | 185 | ||||
| B. | Binomial-verteilte Zufallsvariablen | 186 | ||||
| C. | Der Erwartungswert einer binomial-verteilten Zufallsvariablen | 186 | ||||
| D. | Die Varianz einer binomial-verteilten Zufallsvariablen | 188 | ||||
| Zusammenfassung | 189 | |||||
| Übungsaufgaben | 190 | |||||
| Kapitel 6 Algebraische Strukturen | 193 | |||||
| Einführung | 194 | |||||
| 6.1 | Monoide | 196 | ||||
| A. | Was versteht man allgemein unter einer Verknüpfung? | 196 | ||||
| B. | Assoziative und kommutative Verknüpfungen | 197 | ||||
| C. | Das neutrale Element: von der Halbgruppe zum Monoid | 198 | ||||
| D. | Beispiele von Monoiden | 199 | ||||
| 6.2 | Gruppen | 203 | ||||
| A. | Invertierbarkeit | 203 | ||||
| B. | Die Definition einer Gruppe und die Einheitengruppe eines Monoids | 204 | ||||
| C. | Beispiele von Einheitengruppen und Gruppen | 206 | ||||
| 6.3 | Untergruppen und der Satz von Lagrange | 208 | ||||
| A. | Teilmonoide und Untergruppen | 208 | ||||
| B. | Die Untergruppen von (Z. +, 0) | 210 | ||||
| C. | Zur Erzeugung von Teilmonoiden und zyklische Gruppen | 211 | ||||
| D. | Linksnebenklassen von Untergruppen und der Satz von Lagrange | 213 | ||||
| E. | Die Ordnung eines Gruppenelementes | 215 | ||||
| 6.4 | Ringe und Körper | 217 | ||||
| A. | Was versteht man unter der algebraischen Struktur eines Ringes? | 217 | ||||
| B. | Allgemeine Rechengesetze bei Ringen | 219 | ||||
| C. | Integritätsbereiche | 220 | ||||
| D. | Die Einheitengruppe eines Ringes, Schiefkörper und Körper | 221 | ||||
| E. | Grundlegende Beispiele von Ringen | 222 | ||||
| F. | Eine Übersicht verschiedener Kategorien von Ringen | 224 | ||||
| 6.5 | Der Körper der komplexen Zahlen | 225 | ||||
| A. | Grundmenge, Verknüpfungen und Nachweis der Körpereigenschaft | 225 | ||||
| B. | Die reellen Zahlen als Teilkörper der komplexen Zahlen | 228 | ||||
| C. | Imaginäre Einheit, Real- und Imaginärteil | 228 | ||||
| D. | Die konjugiert Komplexe und der Betrag einer komplexen Zahl | 230 | ||||
| E. | Die Darstellung komplexer Zahlen durch Polarkoordinaten . | 231 | ||||
| F. | Die Additionstheoreme für Sinus und Cosinus | 232 | ||||
| 6.6 | Der Schiefkörper der Quaternionen | 234 | ||||
| A. | Die Grundmenge und die Verknüpfungen bei Quaternionen | 234 | ||||
| B. | Der Nachweis der Schiefkörpereigenschaft | 234 | ||||
| 6.7 | Exkurs: Verbände und Boolesche Algebren | 237 | ||||
| A. | Die Definition eines Verbandes | 237 | ||||
| B. | Gesetzmäßigkeiten bei allgemeinen Verbänden | 237 | ||||
| C. | Einige Beispiele von Verbänden | 239 | ||||
| D. | Die Vollständigkeit eines Verbandes sowie kleinstes und größtes Element | 239 | ||||
| E. | Komplementarität und Distributivität | 240 | ||||
| F. | Boolesche Verbände | 241 | ||||
| Zusammenfassung | 243 | |||||
| Übungsaufgaben | 245 | |||||
| Kapitel 7 Restklassenringe und Anwendungen | 249 | |||||
| Einführung | 250 | |||||
| 7.1 | Modulares Rechnen | 252 | ||||
| A. | Die Kongruenz modulo n und Restklassenarithmetik | 252 | ||||
| B. | Der Restklassenring Z | 254 | ||||
| C. | Einheiten modulo n | 255 | ||||
| D. | Welche Restklassenringe sind Körper? | 258 | ||||
| E. | Effizientes Potenzieren in Restklassenringen | 258 | ||||
| F. | Die Sätze von Euler und Fermat | 260 | ||||
| G. | Die Ordnung modulo n und primitive Elemente in Restklassenkörpern | 261 | ||||
| 7.2 | Das RSA-Public-Key-Cryptosystem | 262 | ||||
| A. | Grundbegriffe der Kryptographie | 262 | ||||
| B. | Beschreibung der Schlüssel beim RSA-System | 263 | ||||
| C. | Die korrekte Arbeitsweise des RSA-Systems | 264 | ||||
| D. | Schlüsselgenerierung und Sicherheit beim RSA-System | 265 | ||||
| E. | Ein Beispiel zum RSA-System | 267 | ||||
| 7.3 | Das Grundmodell bei fehlerkorrigierenden Codes | 270 | ||||
| A. | Grundbegriffe der Codierungstheorie | 270 | ||||
| B. | Die Eigenschaft der "Linearität" bei Codes | 272 | ||||
| C. | Weitere Aspekte des Grundmodells der Codierungstheorie . | 273 | ||||
| D. | Anforderungen an gute Codes | 276 | ||||
| 7.4 | Kugelpackungsschranke und (7,4)-Hamming-Code | 277 | ||||
| A. | Minimalabstand und Korrekturleistung eines Codes | 277 | ||||
| B. | Die Kugelpackungsschranke und perfekte Codes | 279 | ||||
| C. | Beispiele perfekter Codes | 281 | ||||
| 7.5 | Prüfzeichencodierung | 283 | ||||
| A. | Der ISBN-Code | 283 | ||||
| B. | Eigenschaften des ISBN-Codes | 284 | ||||
| C. | Der EAN-Code | 286 | ||||
| 7.6 | Exkurs: Der Chinesische Restsatz | 287 | ||||
| A. | Einführendes Beispiel und allgemeine Problemstellung | 287 | ||||
| B. | Die Beschreibung der Lösungsmenge | 288 | ||||
| C. | Die Lösbarkeit bei relativ primen Restsystemen | 289 | ||||
| D. | Die iterative Berechnung der Lösung | 292 | ||||
| Zusammenfassung | 294 | |||||
| Übungsaufgaben | 296 | |||||
| Kapitel 8 Homomorphismen und Faktorstrukturen | 299 | |||||
| Einführung | 300 | |||||
| 8.1 | Homomorphismen bei Gruppen | 302 | ||||
| A. | Strukturerhaltende Abbildungen auf Monoiden und Gruppen | 302 | ||||
| B. | Spezielle Eigenschaften bei Gruppen-Homomorphismen | 303 | ||||
| C. | Kern und Bild bei Gruppen-Homomorphismen | 304 | ||||
| D. | Urbilder bei Gruppen-Homomorphismen | 305 | ||||
| E. | Nochmals zur Ordnung eines Gruppenelementes | 307 | ||||
| F. | Beispiele von Gruppen-Homomorphismen | 307 | ||||
| 8.2 | Normalteiler und Faktorgruppen | 308 | ||||
| A. | Äquivalenzen modulo einer Untergruppe und Normalteiler | 308 | ||||
| B. | Kongruenzrelationen auf Gruppen neutrale Klassen und Normalteiler | 310 | ||||
| C. | Kerne von Homomorphismen als neutrale Klassen | 312 | ||||
| D. | Verknüpfung von Klassen und Faktorgruppen | 312 | ||||
| E. | Neutrale Klassen als Kerne von Homomorphismen | 314 | ||||
| 8.3 | Homomorphismen bei Ringen und Ideale | 314 | ||||
| A. | Was ist ein Teilring von R? | 314 | ||||
| B. | Was ist ein Ring-Homomorphismus? | 315 | ||||
| C. | Was ist der Kern eines Ring-Homomorphismus? | 315 | ||||
| D. | Ideale | 315 | ||||
| E. | Hauptidealbereiche | 316 | ||||
| F. | Die Charakteristik eines Körpers | 317 | ||||
| 8.4 | Kongruenzen bei Ringen, Ideale und Faktorringe | 318 | ||||
| A. | Kongruenzrelationen auf Ringen | 318 | ||||
| B. | Faktorringe und die Klassenmultiplikation | 319 | ||||
| C. | Maximale Ideale und Körper als Faktorringe | 320 | ||||
| 8.5 | Exkurs: Homomorphiesätze | 322 | ||||
| A. | Der Homomorphiesatz für Gruppen | 322 | ||||
| B. | Ein weiteres Beispiel: Alternierende Gruppen | 323 | ||||
| C. | Der Homomorphiesatz für Ringe | 324 | ||||
| D. | Nochmals der Chinesische Restsatz | 324 | ||||
| Zusammenfassung | 326 | |||||
| Übungsaufgaben | 328 | |||||
| Teil III Grundlagen der Linearen Algebra | 331 | |||||
| Kapitel 9 Vektoren und Matrizen | 333 | |||||
| Einführung | 334 | |||||
| 9.1 | Vektorräume | 336 | ||||
| A. | n-Tupelräume als Vektorräume | 336 | ||||
| B. | Die Axiomatik abstrakter Vektorräume | 337 | ||||
| C. | Matrixräume | 339 | ||||
| D. | Spezielle Klassen quadratischer Matrizen | 340 | ||||
| E. | Zeilen- und Spaltenvektoren als Matrizen | 341 | ||||
| F. | Eine Übersicht über Vektoren und Matrizen | 342 | ||||
| 9.2 | Teilräume und deren Erzeugung | 343 | ||||
| A. | Was versteht man unter einem Teilraum? | 343 | ||||
| B. | Linearkombinationen, lineare Hülle und Erzeugung von Vektorräumen | 345 | ||||
| C. | Endlich erzeugte Vektorräume und kanonische Basen | 347 | ||||
| 9.3 | Matrixalgebren | 348 | ||||
| A. | Die Matrixmultiplikation | 348 | ||||
| B. | Spezialfälle bei der Matrixmultiplikation | 349 | ||||
| C. | Gesetzmäßigkeiten bei der Matrixmultiplikation | 350 | ||||
| D. | Die quadratischen Matrizen als K-Algebra | 351 | ||||
| E. | Invertierbare Matrizen | 354 | ||||
| 9.4 | Lineare Abbildungen | 357 | ||||
| A. | Was ist eine K-lineare Abbildung? | 357 | ||||
| B. | Matrizen als K-lineare Abbildungen | 358 | ||||
| C. | Darstellung linearer Abbildungen als Matrizen | 358 | ||||
| D. | Die Matrixmultiplikation als Hintereinanderausführung linearer Abbildungen | 360 | ||||
| 9.5 | Komplexe Zahlen und Quaternionen als Matrixalgebren | 361 | ||||
| A. | Veranschaulichung linearer Abbildungen auf-R2 | 361 | ||||
| B. | Die komplexen Zahlen als Matrixalgebra | 362 | ||||
| C. | Die Quaternionen als Matrixring über C | 364 | ||||
| D. | Die Quaternionen als Matrixalgebra über R | 365 | ||||
| 9.6 | Exkurs: Kerne von linearen Abbildungen und Faktorräume | 367 | ||||
| A. | Der Kern einer linearen Abbildung | 367 | ||||
| B. | Faktorräume und Kongruenzrelationen bei Vektorräumen | 367 | ||||
| Zusammenfassung | 369 | |||||
| Übungsaufgaben | 371 | |||||
| Kapitel 10 Lineare Gleichungssysteme | 375 | |||||
| Einführung | 376 | |||||
| 10.1 | Die Struktur der Lösungsmenge | 378 | ||||
| A. | Was ist ein lineares Gleichungssystem? | 378 | ||||
| B. | Grundproblemstellungen | 379 | ||||
| C. | Eine erste Analyse der Lösungsmenge | 379 | ||||
| 10.2 | Die Lösungsmenge bei einer Gleichung | 381 | ||||
| A. | Der einfachste Fall | 381 | ||||
| B. | Eine Gleichung mit zwei Variablen | 382 | ||||
| C. | Ein konkretes Zahlenbeispiel | 382 | ||||
| D. | Die Lösungsmenge bei (1, r?)-Systemen | 384 | ||||
| E. | Einige einlache Beispiele | 385 | ||||
| 10.3 | Elementare Zeilenumformungen | 389 | ||||
| A. | Zielsetzung | 389 | ||||
| B. | Die drei Arten elementarer Zeilenumformungen | 390 | ||||
| C. | Die zu Zeilenumformungen gehörende Äquivalenzrelation | 392 | ||||
| 10.4 | Treppenmatrizen und der Gauß-Algorithmus | 393 | ||||
| A. | Normierte Treppenmatrizen | 393 | ||||
| B. | Pivotierung und Transformation in Treppengestalt | 394 | ||||
| C. | Der Gauß-Algorithmus | 396 | ||||
| D. | Ein Beispiel zum Gauß-Algorithmus | 398 | ||||
| 10.5 | Die Lösungsmenge bei allgemeinen Problemen | 400 | ||||
| A. | Ein vorbereitendes Resultat | 400 | ||||
| B. | Die Entscheidung der Lösbarkeit | 400 | ||||
| C. | Die Beschreibung des homogenen Lösungsraumes | 402 | ||||
| D. | Zusammenfassung und Beispiele | 403 | ||||
| 10.6 | Invertierbare Matrizen | 406 | ||||
| A. | Elementarmatrizen | 406 | ||||
| B. | Die Eindeutigkeit des Ergebnisses beim Gauß-Algorithmus | 409 | ||||
| C. | Invertierbarkeitskriterien für Matrizen | 410 | ||||
| D. | Test auf Invertierbarkeit und Berechnung der Inversen | 411 | ||||
| Zusammenfassung | 413 | |||||
| Übungsaufgaben | 414 | |||||
| Kapitel 11 Abstrakte Vektorräume und Anwendungen | 417 | |||||
| Einführung | 418 | |||||
| 11.1 | Basen | 420 | ||||
| A. | Lineare Unabhängigkeit und lineare Abhängigkeit | 420 | ||||
| B. | Beispiele zur linearen (Un-)Abhängigkeit | 422 | ||||
| C. | Minimale Erzeugersysteme alias Basen | 423 | ||||
| D. | Spaltenraum und Zeilenraum einer Matrix | 424 | ||||
| E. | Berechnung einer Basis des Spaltenraumes einer Matrix | 425 | ||||
| 11.2 | Die Dimension eines Vektorraumes | 427 | ||||
| A. | Die Gleichmächtigkeit von je zwei Basen | 427 | ||||
| B. | Beispiele zum Dimensionsbegriff | 429 | ||||
| C. | Charakterisierungen von Basen und die Dimension von Teilräumen | 430 | ||||
| 11.3 | Zur Darstellung linearer Abbildungen | 432 | ||||
| A. | Zur Existenz von injektiven, surjektiven, bijektiven linearen Abbildungen | 432 | ||||
| B. | Koordinatisierung allgemeiner Vektorräume | 433 | ||||
| C. | Darstellung allgemeiner linearer Abbildungen als Matrizen | 433 | ||||
| D. | Verkettung allgemeiner linearer Abbildungen | 434 | ||||
| E. | Dimensionsformeln und die Summenbildung bei Vektorräumen | 436 | ||||
| 11.4 | Eigenwerte und Eigenvektoren | 437 | ||||
| A. | Was versteht man unter einem 0-invarianten Teilraum? | 437 | ||||
| B. | Darstellungen unter Berücksichtigung 0-invarianter Teilräume | 438 | ||||
| C. | Zur Diagonalisierbarkeit von (f> | 439 | ||||
| D. | Die Suche nach Eigenwerten | 443 | ||||
| 11.5 | Orthogonalität und Decodieren bei Hamming-Codes | 444 | ||||
| A. | Standard-Skalarprodukt und Orthogonalität | 444 | ||||
| B. | Innere versus äußere Darstellung bei Teilräumen | 446 | ||||
| C. | Generator- und Kontrollmatrix beim (7, 4)-Hamming-Code | 446 | ||||
| D. | Grundlagen zur Theorie allgemeiner linearer Codes | 447 | ||||
| E. | Ein Decodierverfahren für den (7, 4)-Hamming-Code | 449 | ||||
| F. | Die Familie der binären Hamming-Codes | 450 | ||||
| 11.6 | Exkurs: Nicht endlich erzeugbare Vektorräume | 451 | ||||
| A. | Der Vektorraum aller Abbildungen von L nach K | 451 | ||||
| B. | Der Teilraum der Abbildungen mit endlichem Träger | 452 | ||||
| C. | Basen für allgemeine Vektorräume | 454 | ||||
| Zusammenfassung | 456 | |||||
| Übungsaufgaben | 457 | |||||
| Kapitel 12 Polynome | 461 | |||||
| Einführung | 462 | |||||
| 12.1 | Polynomringe | 464 | ||||
| A. | Faltung versus punktweise Multiplikation | 464 | ||||
| B. | Die Algebra der formalen Potenzreihen | 466 | ||||
| C. | Die Teilalgebra der Polynome | 468 | ||||
| D. | Eine ,.Herleitung" der Faltungsformel | 470 | ||||
| E. | Schreibtechnische Vereinfachungen und die Bedeutung des Symbols x | 471 | ||||
| 12.2 | Arithmetische Eigenschaften von Polynomen | 473 | ||||
| A. | Die Einheiten von K\x] | 473 | ||||
| B. | Teilbarkeit und Assoziiertheit bei Polynomen | 474 | ||||
| C. | Die Polynomdivision | 475 | ||||
| D. | Größte gemeinsame Teiler bei Polynomen | 477 | ||||
| E. | Irreduzibilität und Faktorisierbarkeit | 479 | ||||
| 12.3 | Auswertung und Nullstellen | 481 | ||||
| A. | Was versteht man unter der Auswertung eines Polynoms? | 481 | ||||
| B. | Nullstellen bei Polynomen | 483 | ||||
| C. | Zur Gleichheit zweier Polynome | 485 | ||||
| D. | Effiziente Auswertung: das Homer-Schema | 485 | ||||
| 12.4 | Interpolation | 487 | ||||
| A. | Was versteht man unter Interpolation? | 487 | ||||
| B. | Das Interpolationspolynom | 488 | ||||
| C. | Die Interpolationsformel nach Lagrange | 489 | ||||
| D. | Die Interpolation nach Newton | 491 | ||||
| E. | Interpolation und Chinesischer Restsatz | 492 | ||||
| 12.5 | Polynom-Restklassen und zyklische Codes | 493 | ||||
| A. | Rechnen modulo einem Polynom | 493 | ||||
| B. | Restklassenkörper bei Polynomen | 494 | ||||
| C. | Zyklische Codes | 495 | ||||
| 12.6 | Diskrete und schnelle Fourier-Transformation | 497 | ||||
| A. | Die Auswertungs-Interpolations-Methode | 497 | ||||
| B. | Was ist die diskrete Fourier-Transformation? | 498 | ||||
| C. | Die schnelle Fourier-Transformation | 500 | ||||
| D. | Die inverse Fourier-Transformation | 502 | ||||
| 12.7 | Anwendungen in der Linearen Algebra | 503 | ||||
| A. | Das Minimalpolynom einer Matrix | 503 | ||||
| B. | Eigenwerte als Nullstellen des Minimalpolynoms | 504 | ||||
| C. | Zum Grad des Minimalpolynoms einer Matrix | 505 | ||||
| Zusammenfassung | 506 | |||||
| Übungsaufgaben | 509 | |||||
| Kapitel 13 Formale Potenzreihen und rationale Funktionen | 513 | |||||
| Einführung | 514 | |||||
| 13.1 | Der Ring der formalen Potenzreihen | 516 | ||||
| A. | Die Einheiten von K|[x]] | 516 | ||||
| B. | Invertieren von Linearfaktoren - Geometrische Reihen | 517 | ||||
| 13.2 | Der Körper der rationalen Funktionen | 518 | ||||
| A. | Der Quotientenkörper von K[x\ | 518 | ||||
| B. | Das Rechnen mit rationalen Funktionen | 519 | ||||
| 13.3 | Partialbruchzerlegung | 520 | ||||
| A. | Erster Teil der Partialbruchzerlegung | 520 | ||||
| B. | Der Spezialfall bei Zerfall in Linearfaktoren | 524 | ||||
| C. | Zweiter Teil der Partialbruchzerlegung | 526 | ||||
| 13.4 | Exkurs: Schieberegisterfolgen und lineare Rekursionen | 527 | ||||
| A. | Was versteht man unter einer linearen Schieberegisterfolge? | 527 | ||||
| B. | Lineare Schieberegisterfolgen als rationale Funktionen | 529 | ||||
| C. | Das Lösen linearer Rekursionen | 530 | ||||
| Zusammenfassung | 534 | |||||
| Übungsaufgaben | 535 | |||||
| Teil IV Grundlagen der Analysis | 539 | |||||
| Kapitel 14 Die Axiomatik reeller Zahlen | 541 | |||||
| Einführung | 542 | |||||
| 14.1 | Angeordnete Körper | 544 | ||||
| A. | Was versteht man unter einer Anordnung eines Körpers? | 544 | ||||
| B. | Der zu einer Anordnung gehörende Positivbereich | 545 | ||||
| C. | Grundregeln bei angeordneten Körpern | 547 | ||||
| D. | Konsequenzen aus der Anordnung eines Körpers | 548 | ||||
| 14.2 | Absolutbetrag und Bewertungen | 550 | ||||
| A. | Der Absolutbetrag bei angeordneten Körpern | 550 | ||||
| B. | Grundregeln für das Rechnen mit Beträgen | 550 | ||||
| C. | Die komplexen Zahlen als bewerteter Körper | 551 | ||||
| D. | Grundregeln für das Rechnen mit Bewertungen | 553 | ||||
| E. | Die p-adischen Bewertungen | 554 | ||||
| 14.3 | Archimedisch angeordnete Körper | 554 | ||||
| A. | Die Bernoulli-Ungleichung | 554 | ||||
| B. | Das archimedische Axiom | 555 | ||||
| C. | Konsequenzen des archimedischen Axioms | 555 | ||||
| 14.4 | Vollständig angeordnete Körper | 557 | ||||
| A. | Beschränkte und unbeschränkte Mengen | 557 | ||||
| B. | Intervalle in angeordneten Körpern | 558 | ||||
| C. | Supremum und Infimum, Maximum und Minimum | 559 | ||||
| D. | Das Vollständigkeitsaxiom | 561 | ||||
| 14.5 | Wurzeln und die Unvollständigkeit der rationalen Zahlen | 562 | ||||
| A. | Zur Existenz von Wurzeln | 562 | ||||
| B. | Konsequenzen für die Existenz vollständiger Anordnungen | 563 | ||||
| C. | Gesetzmäßigkeiten beim Rechnen mit Wurzeln | 564 | ||||
| 14.6 | Exkurs: Die reellen Zahlen als Dedekind-Schnitte | 565 | ||||
| A. | Was versteht man unter einem Dedekind-Schnitt? | 565 | ||||
| B. | Die reellen Zahlen als die Menge aller Dedekind-Schnitte | 566 | ||||
| C. | Die Ausnahmestellung der reellen Zahlen | 568 | ||||
| Zusammenfassung | 569 | |||||
| Übungsaufgaben | 570 | |||||
| Kapitel 15 Folgen | 573 | |||||
| Einführung | 574 | |||||
| 15.1 | Häufungspunkte und Grenzwerte | 576 | ||||
| A. | Fast überall geltende Eigenschaften bei Folgen | 576 | ||||
| B. | Was ist ein Häufungspunkt, was ein Grenzwert? | 577 | ||||
| C. | Ein Grundrepertoire an konvergenten Folgen | 580 | ||||
| D. | Uneigentliche Konvergenz | 582 | ||||
| 15.2 | Grenzwertsätze | 583 | ||||
| 15.3 | Beschränktheit, Monotonie und Teilfolgen | 587 | ||||
| A. | Beschränktheit bei Folgen | 587 | ||||
| B. | Monotonie bei Folgen | 588 | ||||
| C. | Der Begriff der Teilfolge | 589 | ||||
| 15.4 | Konvergenzkriterien und Gharakterisierungen der Vollständigkeit | 591 | ||||
| A. | Intervallschachtelungen | 591 | ||||
| B. | Konvergenz bei monotonen und beschränkten Folgen | 593 | ||||
| C. | Die Eulersche Zahl | 595 | ||||
| D. | Limes superior und Limes inferior | 596 | ||||
| E. | Zur Approximation A-ter Wurzeln | 599 | ||||
| 15.5 | Landau-Symbole | 600 | ||||
| A. | Die O-Notation | 600 | ||||
| B. | Die Q-, die 0- und die o-Notation | 602 | ||||
| C. | Zum Wachstumsverhalten von Funktionen | 602 | ||||
| D. | Zur Effizienz von Algorithmen | 604 | ||||
| E. | Die Komplexität eines Problems | 604 | ||||
| 15.6 | Exkurs: Gauchy-Folgen | 605 | ||||
| A. | Was versteht man unter einer Gauchy-Folge? | 605 | ||||
| B. | Das Gauchy-Kriterium der Vollständigkeit | 606 | ||||
| Zusammenfassung | 608 | |||||
| Übungsaufgaben | 610 | |||||
| Kapitel 16 Reihen | 613 | |||||
| Einführung | 614 | |||||
| 16.1 | Konvergenzkriterien bei Reihen | 616 | ||||
| A. | Die zu einer Folge gehörende Reihe | 616 | ||||
| B. | Die geometrische und die harmonische Reihe | 617 | ||||
| C. | Das Leibniz- und das Cauchy-Konvergenzkriterium | 618 | ||||
| D. | Absolute Konvergenz, Majoranten- und Minorantenkriterium | 621 | ||||
| E. | Das Quotienten- und das Wurzelkriterium bei Reihen | 623 | ||||
| F. | Die Reihendarstellung der Euler'schen Zahl | 626 | ||||
| 16.2 | Der Konvergenzbereich bei Potenzreihen | 628 | ||||
| A. | Potenzreihen aus analytischem Blickwinkel | 628 | ||||
| B. | Der Konvergenzradius bei Potenzreihen | 628 | ||||
| C. | Das Quotienten- und das Wurzelkriterium bei Potenzreihen | 630 | ||||
| D. | Der Identitätssatz für Potenzreihen | 632 | ||||
| E. | Reihen mit allgemeinem Entwicklungspunkt | 633 | ||||
| 16.3 | Konvergenzverhalten bei Umordnung und Faltung | 634 | ||||
| A. | Umordnungen bei Reihen | 634 | ||||
| B. | Konvergenz bei Faltung von Reihen | 635 | ||||
| 16.4 | Reihendarstellungen rationaler und reeller Zahlen | 637 | ||||
| A. | Die B-adische Darstellung einer reellen Zahl | 637 | ||||
| B. | Zur Eindeutigkeit der ß-adischen Darstellung | 639 | ||||
| C. | Rationale Zahlen mit endlicher ß-adischer Darstellung | 640 | ||||
| D. | ß-adische Darstellungen von rationalen im Vergleich zu irrationalen Zahlen | 641 | ||||
| E. | Zur Gleitkomma-Darstellung reeller Zahlen | 643 | ||||
| 16.5 | Wartezeitprobleme und geometrische Verteilungen | 644 | ||||
| A. | Grundlagen bei abzählbar unendlichen Wahrscheinlichkeitsräumen | 644 | ||||
| B. | Ein Wartezeitproblem | 645 | ||||
| Zusammenfassung | 648 | |||||
| Übungsaufgaben | 650 | |||||
| Kapitel 17 Stetige Funktionen | 653 | |||||
| Einführung | 654 | |||||
| 17.1 | Der Stetigkeitsbegriff | 656 | ||||
| A. | Was versteht man unter Stetigkeit? | 656 | ||||
| B. | Gleichmäßig stetige und Lipschitz-stetige Funktionen | 657 | ||||
| 17.2 | Stetigkeit bei elementaren Funktionen | 659 | ||||
| A. | Das Folgenkriterium zur Stetigkeit | 659 | ||||
| B. | Die punktweise Verknüpfung stetiger Funktionen | 660 | ||||
| C. | Umkehrung und Verkettung bei stetigen Funktionen | 661 | ||||
| D. | Stetige Fortsetzbarkeit von Funktionen | 663 | ||||
| 17.3 | Eigenschaften stetiger Funktionen | 666 | ||||
| A. | Zwischenwertsätze bei stetigen Funktionen | 666 | ||||
| B. | Maximum und Minimum bei stetigen reellwertigen Funktionen | 667 | ||||
| 17.4 | Stetigkeit bei Funktionenfolgen und Potenzreihen | 670 | ||||
| A. | Die punktweise Konvergenz bei Funktionenfolgen | 670 | ||||
| B. | Die gleichmäßige Konvergenz bei Funktionenfolgen | 670 | ||||
| C. | Die Supremumsnorm bei beschränkten Funktionen | 672 | ||||
| D. | Die Stetigkeit von Potenzreihen | 672 | ||||
| 17.5 | Exponential- und Logarithmusfunktionen | 674 | ||||
| A. | Die Funktionalgleichung zur Exponentialfunktion | 674 | ||||
| B. | Das Verhalten der Exponentialfunktion auf Q und auf R . . . | 675 | ||||
| C. | Der natürliche Logarithmus | 677 | ||||
| D. | Exponential- und Logaritmenfunktionen zu allgemeinen Basen | 678 | ||||
| E. | Potenzfunktionen mit reellen Exponenten | 679 | ||||
| F. | Die Poisson-Verteilung | 680 | ||||
| 17.6 | Trigonometrische Funktionen | 682 | ||||
| A. | Das Verhalten der Exponentialfunktion auf der imaginären Achse | 682 | ||||
| B. | Die Definition von Sinus und Cosinus | 683 | ||||
| C. | Funktionale Eigenschaften von Sinus und Cosinus | 684 | ||||
| D. | Die Potenzreihendarstellung von Cosinus und Sinus | 685 | ||||
| E. | Was ist TT? | 685 | ||||
| F. | Die Formel von de Moivre | 688 | ||||
| 17.7 | Exkurs: Das schwache Gesetz der großen Zahlen | 689 | ||||
| Zusammenfassung | 692 | |||||
| Übungsaufgaben | 694 | |||||
| Kapitel 18 Differentialrechnung | 697 | |||||
| Einführung | 698 | |||||
| 18.1 | Die Ableitung einer Funktion | 700 | ||||
| A. | Was versteht man unter der Differenzierbarkeit einer Funktion? | 700 | ||||
| B. | Die geometrische Interpretation der Ableitung | 701 | ||||
| C. | Differenzierbarkeitskriterien | 701 | ||||
| D. | Einige Beispiele differenzierbarer Funktionen | 703 | ||||
| 18.2 | Ableitungsregeln | 705 | ||||
| A. | Die Linearität der Ableitung | 705 | ||||
| B. | Produkt- und Quotientenregel | 706 | ||||
| C. | Die Kettenregel | 708 | ||||
| D. | Die Ableitung bei Umkehrfunktionen | 710 | ||||
| E. | Höhere Ableitungen | 712 | ||||
| 18.3 | Mittelwertsätze und Extrema | 713 | ||||
| A. | Unterscheidung verschiedener Extremaisteilen | 713 | ||||
| B. | Die Mittelwertsätze der Differentialrechnung | 714 | ||||
| C. | Kriterien für Monotonie und Extrema | 716 | ||||
| D. | Regeln von de l'Höpital | 718 | ||||
| 18.4 | Approximation durch Taylor-Polynome | 722 | ||||
| A. | Was ist ein Taylor-Polynom? | 722 | ||||
| B. | Der Satz von Taylor | 724 | ||||
| C. | Ein weiteres Kriterium für lokale Extremalsteilen | 726 | ||||
| D. | Taylor-Reihen und analytische Funktionen | 727 | ||||
| 18.5 | Exkurs: Zur iterativen Lösung von Gleichungen | 729 | ||||
| A. | Ein allgemeines Iterationsprinzip | 729 | ||||
| B. | Ein Fixpunktsatz | 729 | ||||
| C. | Das Newton-Verfahren | 731 | ||||
| D. | Die Regula falsi | 733 | ||||
| Zusammenfassung | 734 | |||||
| Übungsaufgaben | 736 | |||||
| Kapitel 19 Integralrechnung | 739 | |||||
| Einführung | 740 | |||||
| 19.1 | Integration von Treppenfunktionen | 742 | ||||
| A. | Was versteht man unter einer Treppenfunktion? | 742 | ||||
| B. | Was ist das Integral einer Treppenfunktion? | 743 | ||||
| C. | Ober-, Unter- und Riemann-Integral | 744 | ||||
| D. | Eigenschaften des Riemann-Integrals | 746 | ||||
| 19.2 | Riemann-integrierbare Funktionen | 748 | ||||
| A. | Gleichmäßige Approximation durch Treppenfunktionen | 748 | ||||
| B. | Die Riemann-Integrierbarkeit stetiger Funktionen | 749 | ||||
| C. | Der Mittelwertsatz der Integralrechnung | 750 | ||||
| 19.3 | Integration als Umkehrung der Differentiation | 750 | ||||
| A. | Additionsregel und Integralfunktion | 750 | ||||
| B. | Der Hauptsatz der Differential- und Integralrechnung | 751 | ||||
| C. | Stammfunktionen | 752 | ||||
| 19.4 | Integrationsregeln | 755 | ||||
| A. | Substitutionsregel und Transformationsformel | 755 | ||||
| B. | Die Regel der partiellen Integration | 757 | ||||
| C. | Integration bei rationalen Funktionen | 759 | ||||
| 19.5 | Integration bei Funktionenfolgen | 760 | ||||
| A. | Vertauschung von Integral und Grenzwertbildung | 760 | ||||
| B. | Integration und Stammfunktionen von Potenzreihen | 761 | ||||
| G. | Vertauschung von Differenzieren und Grenzwertbildung | 763 | ||||
| D. | Differenzieren von Potenzreihen | 763 | ||||
| 19.6 | Uneigentliche Integrale und der zentrale Grenzwertsatz | 768 | ||||
| A. | Integration über unbeschränkten Intervallen | 768 | ||||
| B. | Verteilungsfunktionen und Dichten | 768 | ||||
| C. | Der zentrale Grenzwertsatz | 771 | ||||
| D. | Integration bei Undefinierten Stellen | 773 | ||||
| Zusammenfassung | 775 | |||||
| Übungsaufgaben | 777 | |||||
| Literaturverzeichnis | 781 | |||||
| Symbolverzeichnis | 785 | |||||
| Register | 793 | |||||
Vorwort
Das vorliegende Buch ist aus der gleichnamigen, zweisemestrigen Vorlesung entstanden, die ich seit dem Wintersemester 2002/03 jährlich an der Universität Augsburg halte. Das Ziel dieser Veranstaltung und dieses Buches ist die mathematische Grundausbildung von Studierenden der Informatik im Rahmen der neuerdings recht vielfältigen Informatik-Studiengänge, wie in Augsburg etwa die Informatik (Bachelor) sowie Informatik und Multimedia (Bachelor).
Es behandelt dazu die Grundlagen der Analysis, der Algebra, der elementaren Zahlentheorie, der Kombinatorik, der Linearen Algebra und der Wahrscheinlichkeitsrechnung, insbesondere der Diskreten Mathematik, und liefert damit das mathematische Rüstzeug, das Studierende der Informatik für spätere Vorlesungen, speziell aus der Theoretischen Informatik, benötigen. Die theoretischen Grundlagen werden durch Anwendungen aus der Codierungstheorie und der Kryptographie bereichert.
Der Beginn eines Studiums geht häufig mit anfänglichen Hürden einher; ich denke hier an die parallele Einarbeitung in eine wissenschaftliche Sprache, in formale Methoden des jeweiligen Fachgebietes verbunden mit der Aneignung eines neuen und eigenen Arbeitsstils und der Bemühung, sich abstrakte Denkweisen zu verinnerlichen. Das ist in der Mathematik und in der Informatik selbstverständlich nicht anders, möglicherweise gegenüber anderen Disziplinen sogar stärker ausgeprägt, weil nämlich das Erfassen und Formalisieren logischer Zusammenhänge, das Auffinden und die Umsetzung abstrakter Sachverhalte oder das Lösen eines Problems am Rechner mithilfe einer Programmiersprache zu den ureigensten Aufgaben der Mathematik und der Informatik gehören. Innerhalb einer mathematischen Anfängervorlesung, die sich an Studierende der Informatik richtet, erscheint mir daher eine formale Darbietung angemessen, die von Beginn an auf die spezifischen Denkweisen, die Sprache und natürlich auf die Beweismethoden in der Mathematik abzielt, wodurch das Fundament für ein wünschenswert facettenreiches mathematisches Gebäude geschaffen wird.
Bei der Ausarbeitung habe ich mich stets bemüht, mir die Schwierigkeiten beim Wechsel von Schule zu Studium vor Augen zu halten. Das Ziel dieses Buches ist daher auch die Festigung des mathematischen Schulwissens zu einem tieferen Verständnis der wesentlichen mathematischen Ideen.
Es freut mich sehr, dass das Buch in seiner ersten Auflage sehr positiv angenommen wurde. So wurde von Seiten des Pearson-Verlages bereits zwei Jahre nach Erscheinen des Buches der Wunsch nach einer zweiten Auflage an mich herangetragen. Ich habe diese Gelegenheit gerne zu einer gründlichen Überarbeitung der ersten Auflage genutzt, wobei neben einigen neuen Abschnitten der Stoff nunmehr in vier statt drei Teilen präsentiert wird und wobei ich auch nochmals viel Arbeit in die Strukturierung der einzelnen Kapitel investiert habe.
Mathematik für Informatiker
Das Buch vermittelt in der zweiten und komplett überarbeiteten Auflage eine gründliche Einführung in die für Informatiker wichtigsten Teildisziplinen der Mathematik. Es liefert das unverzichtbare mathematische Rüstzeug, das Studierende der Informatik für spätere Vorlesungen, primär aus der theoretischen Informatik, benötigen. Es behandelt dazu die Grundlagen der Analysis, der Algebra, der Elementaren Zahlentheorie, der Kombinatorik, der Linearen Algebra und der Wahrscheinlichkeitsrechnung, insbesondere der Diskreten Mathematik, wobei übergreifende Fragestellungen und Zusammenhänge hervorgehoben werden. Es erklärt mathematische Denkweisen, mathematische Sprache sowie Beweismethoden in anschaulicher Weise und festigt das mathematische Grundwissen zu einem tieferen Verständnis der wesentlichen mathematischen Ideen. Die theoretischen Grundlagen werden durch Praxisanwendungen aus der Codierungstheorie und der Kryptografie vertieft. Fachbegriffe werden anhand vieler Beispiele veranschaulicht. Durch die übersichtliche Darstellung und das Arbeiten mit grundlegenden Algorithmen wird nicht nur die konstruktive Denkweise geschult, es empfiehlt sich so in besonderer Weise auch ideal zum Selbststudium. Über 300 Übungen unterschiedlichen Schwierigkeitsgrades unterstützen das aktive Arbeiten mit Rechenverfahren und Beweismethoden und helfen bei der Überprüfung des Lernerfolges.
INHALT
ONLINE
Auf der Companion Website zum Buchunterwww.pearson-studium.de
Für Dozenten
Für Studenten
ISBN 978-3-8273-7320-5
Register
AAbbildung 87
- bijektive 88
- Bild 90
- Bildbereich 87
- Definitionsbereich 87
- dehnungsbeschränkte 658
- differenzierbare 700
- Einschränkung 94
- Erweiterung 94
- Hintereinanderausführung 92
- gleichmäßig stetige 658
- identische 90
- injektive 88
- kanonische 452
- K-lineare 357
- Komposition 85, 92
- lineare 357
- Lipschitz-stetige 658
- monoton wachsende 164
- natürliche 314
- stetige 656
- streng monoton wachsende 138, 164
- surjektive 88
- Umkehrabbildung 92
- Urbild 90
- Verkettung 92
- Wertebereich 87
Abel, Nils Henrik 205
Abgeschlossenheit
- einer Verknüpfung 208
- unter Inversenbildung 209
Ableitung
- der Umkehrfunktion 710
- einer Funktion 700
- formale eines Polynoms 524
- höhere 712
- Kettenregel 708
- Produktregel 707
- Quotientenregel 707
Ableitungsfunktion 700
Ableitungsoperator 705
Abrunden einer Zahl 459
Abrundung einer reellen Zahl 556
absolut konvergent 621
Absolutbetrag 89, 550, 552
Absorptionsgesetz 17
Abstand
- euklidischer 738
- Hamming-Abstand 274
abzählbar unendlich 98
Addition
- komponentenweise von n-Tupeln 202
- punktweise von Abbildungen 451, 464
- punktweise von n-Tupeln 202
Additionsregel für Integrale 751
Additionstheoreme der Trigonometrie 362, 684
additive Mengenfunktion 160
Adleman, Leonard Max 262
affine Funktion 703
affine Transformation 328
Aleph-Null 98
Algebra
Aussagenalgebra 26
- Boolesche 27, 241
- der formalen Potenzreihen 468
- KAlgebra 352
- Mengenalgebra 26
a-Algebra 158
algebraisch abgeschlossen 480
Algorithmus 5-adische Darstellung 66
- Chinese 292
- effizienter 604
- Eingabegröße 68
- erweiterter Euklidischer bei ganzen Zahlen 72
- erweiterter Euklidischer für Polynome 479
- Euklidischer bei ganzen Zahlen 70
- Euklidischer für Polynome 478
- Gauß-Algorithmus 396
- Horner-Schema 485
- ineffizienter 604
- Invertieren modulo n 257
- Komplexität 68
- Korrektheit 67
- Laufzeit 68
- Newton-Interpolation 491
- Polynomdivision mit Rest 475
- Speicherplatzbedarf 68
- Square-and-Multiply 258
- Terminierung 67
Allquantor 37
Alphabet 271
alternierende Gruppe 323
Anfangsstück 48
Anordnung 545
Axiome 545
Antinomie 28
Antivalenz von Aussagen 22
Approximation
- durch Taylor-Polynome 724
- durch Treppenfunktionen 748
äquivalenter Code 450
Äquivalenz von Aussagen 23
- Klasse 105
- Relation 103
Archimedes von Syrakus 554
archimedisches Axiom 555
Arcuscosinus 736
Arcussinus 711
arithmetische Operationen 30
Assoziativgesetz 197
Aufrundung einer reellen Zahl 62, 556
Aussage
allgemeingültige 24
- "es gibt ..." 37
- "für alle..." 37
- logische 21
- Negation 22
- Wahrheitswert 21
Aussagen
- Äquivalenz 23
Antivalenz 22
- Disjunktion 22
- Implikation 23
- Konjunktion 22
- logische Gleichwertigkeit 23
Aussagenalgebra 26
Auswahlaxiom 38
Auswertung eines Polynoms 481
Aus wert ungsabbildung 482
Automorphismus 303
Average-Case-Analyse 604
axiomatische Mengenlehre 28
BB-adische Approximation 639
Bahn 143
Barbier von Sevilla 28
Basis eines Vektorraumes 424, 454
basisabhängiger Isomorphismus 433
Basisergänzungssatz 431
Baumdiagramm 29
Bayes, Thomas 174
Berechnungsmodell 68
Bernoulli, Jakob 185
Bernoulli
- Experiment 185
- Kette 185
- Ungleichung 554
Bernstein, Felix 108
beschränkt 558
- nach oben 557
- nach unten 558
Betrag 64, 89
- einer komplexen Zahl 231, 551
Beweis
- direkter 24
- durch vollständige Induktion 48
- durch Widerspruch 11
- indirekter 11, 25
Bewertung 552
- p-adische 554
- ultrametrische 570
Bibel 284
Bijektivität 88
Bild
- eines Elementes 87
- eines Gruppen-Homomorphismus 305
Binomialkoeffizient 126
Binomialsatz 129
Binomialverteilung 186
binär
- Code 272
- Körper 223
- Operation 196
- Wiederholungscode 281
- Zerlegungsschritt 500
Blockmatrix 354
Bolzano, Bernard 599
Boole, George 27
Boole'sche Algebra 27, 241
Boone, Steven 58
CCantor, Georg 6
Cantor'sches Diagonalverfahren 99
Cauchy, Augustin Louis 605
Cauchy-Folge 605
Cauchy-Produkt von Reihen 635
charakteristische
- Funktion 125
- Indexmenge 137
- Spalte 394
- Spaltenfunktion einer Treppenmatrix 394
Chiffrierabbildung 262
Chiffrierung 262
Code 271
- (7, 4)-Hamming-Code 282
- dualer 447
- EAN-Strich-Code 286
- ISBN-Code 284
- perfekter 280
- zyklischer 495
Codewort 271
codieren 273
Cohen, Paul 109
Cooper, Curtis 58
Cosinus 683
- Potenzreihendarstellung 685
Cosinus-hyperbolicus 695
Cotangens 731
Coxeter, Harold 56
DDarstellung
- B-adische 66
Darstellungsmatrix 359
Darstellungsmatrix einer linearen Abbildung 434
Datenstrukturen 86
de l'Höpital, Guillaume Frangois
- Antonie 713
de Moivre, Abraham 688
de Morgan, Augustus 17
de Morgan'sche Gesetze 17
Dechiffrieren 263
Decodierung 276
Dedekind, Julius Wilhelm Richard 565
Dedekind-Schnitt 565
Descartes, Rene 27
Determinante 357
Dezimalbruchentwicklung
- reeller Zahlen 99
Diagonalisierbarkeit einer linearen
- Abbildung 439
Diagonalverfahren von Cantor 96
dicht 11, 556
Dichte einer Zufallsvariablen 769
Diedergruppe 329
Differentiation von Potenzreihen 763
Differenzen erster Ordnung 765
Differenzenquotient 701
Differenzfolge 765
Differentialgleichung 736
Differentialquotient 700
Differenzierbarkeitskriterien 702, 703
Digraph 86
Dimension eines Vektorraums 427
Dimensionsformel
- erste 436
- zweite 436
direkte
- Summenzerlegung 437
- Vektorraumsumme 437
Disjunktion von Aussagen 22
diskrete Fourier-Transformation (DFT) 499
Diskriminante 14
Divide-and-Conquer 502, 604
Division mit Rest
- bei ganzen Zahlen 65
- bei Polynomen 475
Divisions-Methode 65
Dominoprinzip 75
Doppelsumme 31
Drehung 361
Dreiecksmatrix 340
- normierte 340
- obere 340
- untere 340
Dreiecksungleichung beim
- Hamming-Abstand 278
Dreier-Regel 78
Dreierzerlegung 79
dritte binomische Formel 40
Dualdarstellung 66
dualer Code 447
Dualitätsprinzip
- bei Aussagen 27
- bei Mengen 20
EEigenraum 440
Eigenvektor 440
Eigenwert 440
ein-eindeutige Zuordnung 89
eindeutige Zuordnung 86
Einheit 204, 221
- modulo n 256
Einheitengruppe 204
Einheitsmatrix 340
Einheitswurzel
- n-te 498
primitive n-ie 498
Einselement 199
Einwegfunktion mit Falltür 263
Element einer Menge 6
Elementarereignis 158
Elementarmatrix 407
elementare Zeilenumformungen 391
Elementbeziehung 6
- Empfängermenge 271
Endomorphismus 303
Endstück 48
Entwicklungspunkt 723
Entwicklungsstelle 723
Epimorphismus 303
Ereignis 157
- sicheres 159
- (stochastisch) unabhängiges 176
- unmögliches 159
Erwartungswert 178, 644
einer stetigen Zufallsvariablen mit Dichte 770
erweiterte Koeffizientenmatrix 379
Erweiterungskörper 482
erzeugende Funktion 528
Erzeuger einer zyklischen Gruppe 213
Erzeugersystem
eines Vektorraumes 347
- minimales 380, 424
Euklid von Alexandrien 58
euklidischer Bereich 330, 475
Euler, Leonhard 10, 37
Euler-Funktion 138
- Multiplikativität 141
Euler'sche Zahl 596
europäische Artikelnummer (EAN) 286Evaluation eines Polynoms 481
Existenzquantor 37
exklusives oder 16, 22
Exponentialfunktion 625
- Verhalten auf der imaginären Achse 683
- Verhalten auf Q 675
- Verhalten auf R 676
- zur Basis a 678, 679
Extremalstelle 713
Extremum 713
FFaktorgruppe 313
Faktorisierung
- einer ganzen Zahl 63
- eines Polynoms 480
Faktorisierungsverfahren, naives 63
Faktorraum 368
Faktorring 320
Fakultätsfunktion 52falsch negativ 175
falsch positiv 175
- Faltung von Folgen 465 fast
- alle 52
- überall 577
- überall definiert 577
- überall gleich 577
- überall gleich null 452
Fast Fourier Transformation (FFT) 501
Fehlerbündel 495
Fehlererkennung 270
Fehlerkorrektur 270
Fehlerraum 273
Fehlersyndrom 448
Fehlerwort 273
Fermat, Pierre de 37
Fermat-Primzahl 37
Fibonacci, Leonardo von Pisa 527
Fibonacci-Zahlen 611
Fixpunkt 145
Fixpunktsatz 730
Fläche des Einheitskreises 756
Folge 464 5-adische 638
- beschränkte 587, 588
- Cauchy-Folge 605
- divergente 578
- konvergente 578
- mit Werten in K 451
- monoton fallende 588
- monoton wachsende 588
- nach oben beschränkte 587
- nach oben unbeschränkte 587
- nach unten beschränkte 587
- periodische 535
- streng monoton fallende 588
- streng monoton wachsende 588
- von Funktionen 670
Folgenglied 464
Folgerung 23
formale Ableitung eines Polynoms 524
Formel
- erste binomische 14
- dritte binomische 40
- Inklusions-Exklusions-Formel 135
- Sieb-Formel 137
- von Bayes 174
- von de Moivre 688
- von der totalen Wahrscheinlichkeit 173
Fourier, Jean Baptiste Joseph 497
Fourier-Transformation
- diskrete 499
- inverse 502
- schnelle 501
Freiheitsgrade 383
Funktion 86
- affine 657
- analytische 727
- beschränkte 667
- charakteristische 125
- differenzierbare 700
- hyperbolische 695
- innere 708
- konvexe 694
- Riemann-integrierbare 746
- äußere 708
Funktionalgleichung der
- Exponentialfunktion 674
Funktionenfolge 670
Funktionsgraph 88
GGalois, Evariste 258
Galois field 258
Gauß, Garl Friedrich 33
Gaußsche Glockenkurve 771
Gauß'scher Zahlkörper 495
Gegenbeispiel 37
gemeinsamer Teiler
- bei ganzen Zahlen 69
- bei Polynomen 477
general linear group 355
Generatormatrix 447
Generatorpolynom eines zyklischen
Godes 496
geometrische
- Reihe 35, 617
- Summe 54
geordnetes Paar 29
Gerade 104
GIMPS 58
Gleichheit
- von Abbildungen 88
- von Mengen 7
- von /7-Tupeln 34
- von Paaren 29
Gleichmächtigkeit 96
Gleichmächtigkeitsregel
- des Zählens 122
Gleichungssystem
- homogenes 378
- inhomogenes 378
- lineares 378
- rechte Seite 378
Gleichverteilung 178
Gleichwertigkeit von Aussagen 23
Gleitkommazahl 643
- Exponent 643
- Mantisse 643
- Vorzeichen 643
Goldener Schnitt 10
Grad eines Polynoms 468
Gradfunktion 330
Graph
- einer Funktion 88
gerichteter 86
Graphentheorie, algorithmische 86
Grenzfunktion 670
Grenzwert 578
Grenzwertsatz
- erster Teil 584
- zweiter Teil 585
Grundgesetze
- bei Aussagenverknüpfungen 26
- bei Mengenverknüpfungen 17
Gruppe 205
- abelsche 205
- kommutative 205
- symmetrische 207
- Zentrum 328
- zvklische 213
größter gemeinsamer Teiler
- bei ganzen Zahlen 69
- bei Polynomen 477
größtes Element eines Verbandes 240
HHalbgruppe 197
- kommutative 198
Hamilton, William Rowen 234
Hamming, Richard Wesley 274
Hamming
Hamming-Abstand 274
Hamming-Code, (7, 4) 282
Hamming-Gewicht 274
Hardy, Godfrey Harold 266
harmonische Reihe 35
Hasse, Helmut 110
Hasse-Diagramm 110
Hauptideal 316
Hauptidealbereich 316
Hauptidealring 316
Hauptsatz der Differential
- und Integralrechnung 751
Hexadezimaldarstellung 66
hinreichende Bedingung 23
homogenes System 288
Homomorphismus
- kanonischer bzw. natürlicher 314
- von K-Vektorräumen 357
- von Gruppen 303
- von Monoiden 303
- von Ringen 315
Horner, William George 485
Horner-Schema 485
Hyperebene 445
Hypothese 23
Häufigkeit
- absolute 158
- relative 158
Häufungspunkt 577
IIdeal
- eines Ringes 316
- maximales 321
- Primideal 329
Idempotente, paarweise
- orthogonale 291
Idempotenzgesetz 17
Identitätssatz für Potenzreihen 633
imaginäre
- Achse 682
- Einheit 10, 229
Implikation von Aussagen 23
Index einer Untergruppe 215
Indexmenge 31
Indikatorvariable 170
Induktion 48
Induktionsanfang 49
Induktionsannahme 49
Induktionsschluss 49
Induktionsschritt 48
Induktionsverankerung 48
Induktionsvoraussetzung 49
Inhmum 237, 559
Infimum-Eigenschaft 560
Informationsrate 272
Injektivität 88
Inklusion von Mengen 7
- Integral
- einer Treppenfunktion 743
- Oberintegral 745
- Riemann-Integral 746
- unbestimmtes 768
- uneigentliches 768
- Unterintegral 745
Integralfunktion 751
Integration
- partielle 757
- Produktintegration 757
- Substitutionsregel 755
- Transformationsformel 756
- von Potenzreihen 761
Integrationsvariable 744
Integritätsbereich 220
Internationale Standardbuchnummer (ISBN) 283
Interpolation 487
Interpolationspolynom 487, 488
Intervall 110
- abgeschlossenes 558
Intervallgrenzen 558
- kompaktes 558
Intervalllänge 558
- links abgeschlossen und rechts offen 558
- links offen und
- rechts abgeschlossen 558
- offenes 558
Intervallschachtelung 591
inverse Fourier-Transformation 502
inverses Element zu 203
invertierbares Element 203
Invertieren einer Matrix 411
ISBN-Code 284
isomorph 303
Isomorphismus 303
Iterationsprinzip 729
JJunktor 22
Kkanonisch
- Abbildung 452
- Basis 347, 348, 453
- Einheitsvektor 347
Kanten, gerichtete 86
Kardinalität, gleiche 96
kartesisches Produkt
- allgemeines 38
- von 77
Mengen 34
- zweier Mengen 29
Kern eines Gruppen-Homomorphismus 304
Klassenverknüpfung 313
kleinstes Element 46
- eines Verbandes 240
Knoten eines Graphen 85
Köder, Sieger 284
Koeffizienten
- eines Polynoms 472
Koeffizientenmatrix 378
Kommentar 66
kommutatives Diagramm 434
Kommutativgesetz 198
Komplementaritätsgesetz 17
Komplementbildung 89
komplexe Einheitssphäre 683
komplexe Zahl 226
- Imaginärteil 229
Konjugierte 230
- Realteil 229
Komplexität eines Problems 604
Komponente
- eines n-Tupels 34
- eines Paares 29
komponentenweise Addition
- von n-Tupeln 202
Kongruenz
- modulo n 104
Kongruenzklassen 310
Kongruenzrelation 252, 310
- auf Ringen 318
konjugiert komplexe Zahl 230
Konjunktion von Aussagen 22
Konklusion 23
konstante Nullfolge 579
Kontinuum 10
- Kontinuumshypothese 109
Kontradiktion 24
Kontraktion 658
Kontrapositionsgesetz 25
Kontrollmatrix 447
Kontrollpolynom eines zyklischen
- Codes 497
Konvergenz
- absolute 621
- gegen unendlich 582
- gleichmäßige 671
Konvergenzradius einer Potenzreihe 629
- punktweise 670
- uneigentliche 583
- von links 664
- von rechts 664
Konvolution von Folgen 465
Koordinatenvektor 433
Körper 222
- angeordneter 545
- archimedischer 555
- bewerteter 552
- binärer 224
- der komplexen Zahlen 226
- der rationalen Funktionen 519
- vollständig angeordneter 561
Körpererweiterung, i7-dimensionale 494
Korrekturleistung eines Codes 277
Kreisteilungskörper 495
Kreisteilungspolynom 495
Kreiszahl 620, 687
- Formel 763
Kryptoanalyse 267
Krümmungsverhalten 722
Kugel, diskrete 279
Kugeloberfläche, diskrete 279
Kugelpackungsschranke 280
Kürzungsregel 221
LLagrange, Joseph Louis 213
Lagrange-Interpolationsformel 489
Lagrange-Polynome 490
Landau, Edmund 69
Landau-Symbol 69, 601
Laplace, Pierre-Simon 162
Laplace
Laplace-Experiment 162
Laplace-Modell 162
Laufvariable 31
Leibniz, Gottfried Wilhelm 618
Leibniz-Kriterium 618
Leitkoeffizient eines Polynoms 468
Leitmonom eines Polynoms 472
Leitterm eines Polynoms 472
Lemma von Zorn 455
Lenstra, Arjen Klaas 268
Lenstra, Hendrik Willem, Jr. 268
rHöpital'sche Regeln 719
Limes 578
- inferior 598
- superior 597
Linearfaktor 479
Linearkombination 345, 454
linear
- abhängig 421, 454
- unabhängig 421, 454
lineare Abbildung 357
lineare Hülle 346
lineare Optimierung 604
lineare Schieberegisterfolge 528
- erzeugende Funktion 528
linearer Code über einem Ring 272
lineares Gleichungssystem 378
Linksnebenklasse 214, 306
Lipschitz, Rudolf 658
Lipschitz-Konstante 658
Logarithmus, natürlicher 677
Logarithmusfunktion
- Eigenschaften der natürlichen 678
- zur Basis a 679
logisches oder 16, 22
logisches und 22
Lokationsparameter 771
Lösung, reelle quadratische Gleichung 13
Lösungsmenge eines linearen Gleichungssystems 379
Lottospiel "6 aus 49" 163
MMächtigkeit einer Menge 8
- Majorante 621
Majorantenkriterium 621
Matrix 339
- Diagonalmatrix 340
- Diagonaleintrag 340
- (;', /)-Eintrag 339
Matrixalgebra 352
Matrixmultiplikation 349
- (in, 77)-Matrix 339
- quadratische 340
Matrixprodukt 349
Maximum 559
- globales 713
- lokales 713
- strikt globales 713
- strikt lokales 713
Menge 6
- abgeschlossene 662
- Abschluss 662
- Aufzählung 7
- definierende Eigenschaften 7
- der Dezimalziffern 6
- der Dualziffern 6
- Differenz von 15
- disjunkte 16
- disjunkte Vereinigung 16
- elementfremde 16
- endliche 9
- Gleichheit von 7
- Inklusion von 7, 102
- Kardinalität 8
- Komplement 17
- leere 9
Mächtigkeit 8
- n-Menge 125
- paarweise disjunkt 28
- Schnittmenge 15
- symmetrische Differenz 15
- unendliche 9
- Vereinigung 15
Mengenalgebra 26
Mengenklammern 6
- Mengenoperatoren 15
Mengensystem 28
- disjunktes 28
Merge-Sort-Algorithmus 604
Mersenne, Marin 58
Mersenne-Primzahl 58
Messbarkeit von Abbildungen 769
Minimalabstand eines Codes 277
Minimalpolynom
- einer Matrix 504
- eines Vektors 505
Minimum 46, 559
- globales 713
- lokales 713
- strikt globales 713
- strikt lokales 713
Minorante 621
Minorantenkriterium 622
minus unendlich 558
Mittelwert
- arithmetischer 178
- Pr ge wichtot 178
Mittelwertsatz
- der Integralrechnung 750
- erster, der Differentialrechnung 715
- zweiter, der Differentialrechnung 715
mittlere quadratische Abweichung 180
Möbius, August 150
Möbius-Funktion 150
Modul 338
- fl-Modul 338
Modus Ponens 24
Monoid 198
- kommutatives 198
Monom 472
Monomorphismus 303
Monotoniekriterien 716
Morphismus
- Automorphismus 303
- Endomorphismus 303
- Epimorphismus 303
- Isomorphismus 303
Monomorphismus 303
Multiplikation, punktweise
- von Abbildungen 464
multiplikatives Invertieren in C 230
NNachfolger 48
Nachrichtenmenge 271
nächster Nachbar 276
natürliche Abbildung 314
natürliche Ordnung 46
Negation 22
Negativteil einer Funktion 747
neutrale Klasse 311
neutrales Element 198
Newton, Isaac 491
Newton
Newton-Interpolationsformel 491
Newton-Verfahren 732
nichtcharakteristische Spalte 394- (n, ic)-Code über A 272
Norm einer komplexen Zahl 551
Normalform 111
Normalteiler 309
normierte Treppengestalt 389
notwendige Bedingung 23
Nullabbildung 451
Nullelement 199
Nullfolge 579
Nullmatrix 340
Nullpolynom 468
Nullraum 346
Nullstelle eines Polynoms 481
Oobere Schranke 237, 557
Oberintegral 745
offener Kreis 578
Oktaldarstellung 66
o-Notation 602
O-Notation 601
Q-Notation 602
Ordnung
- eines Gruppenelementes 215
- größtes Element 109
- kleinstes Element 109
- lexikographische 102
- multiplikative von x modulo n 261
- natürliche 46, 545
- partielle 101
- Teilmengenordnung 102
- totale 102
orthogonal 445
Orthogonalraum 445
PPaar, geordnetes 29
Paare, Gleichheit von 29
Parallelität 104
Paritätsbit 271
- Erweiterung 279
Partialbruchzerlegung 520
- erster Teil 521
- zweiter Teil 526
Partialsumme 616
partielle Ordnung 101
Partition einer Menge 29
Pascal, Blaise 128
Pascal'sches Dreieck 128
Periode 535
- einer stetigen Funktion 687
- einer B-adischen Darstellung 642
periodische Folge 535
Periodizität von Sinus und Cosinus 687
Permutation 89
Permutationsmatrix 340
plus unendlich 558
Poisson, Simeon Denis 680
Polarkoordinaten 231
Polynom 468
- Algebra 469
- Division 475
- Grad 468
- Interpolationspolynom 488
- irreduzibles 479
- konstantes 472
- Methode 485
- monisches 468
- Ring 469
- unzerlegbares 479
Polynomfunktion 482
Positivbereich 546
Positivteil einer Funktion 747
Potenzgesetze 564
Potenzfunktion mit beliebigem
- Exponent 679
Potenzmenge 28
Potenzregel des Zählens 124
Potenzieren modulo n 258
Potenzreihe
- Entwicklungspunkt 633
- Konvergenzbereich 629
- Konvergenzradius 629
- Stetigkeit 673
Prädikat 36
Prämisse 23
Primfaktorzerlegung
- Eindeutigkeit 61
- Existenz 60
Primideal 329
primitives Element 262
Primzahl 57
- Fermat-Primzahl 37
- Mersenne-Primzahl 58
Prinzip
- des ausgeschlossenen Dritten 21
- des doppelten Zählens 149
Prinzip der vollständigen Induktion
- erste Form 48
- zweite Form 59
Priorität bei Klammersetzung 15
probability 159
Produkt von Matrizen 349
Produktformel 525
Produktmonoid 201
Produktregel
- der Differentiation 707
- des Zählens 35, 123
Projektion 149
projektive Ebene 457
projektive Geometrie 457
Prüfziffer 284
Public-Key-Cryptosystem 262
punktweise Addition
- von Abbildungen 451, 464
- von /7-Tupeln 202
punktweise Multiplikation
- von Abbildungen 464
Pythagoras von Samos 10
QQuadrate modulo p 308
quadratfreie Zahl 242
Quadratfunktion 657
quadratische Ergänzung 14
Quadratzahl 40
Quantor 36
Quasi-Ordnung 101
Quaternion 234, 235
Quaternionenschiefkörper 234
Quotient 476
Quotientenkörper 519
Quotientenkriterium 624
- für Potenzreihen 631
Quotientenregel der Differentiation 707
RRand des Konvergenzbereiches 629
Randpunkt, linker bzw. rechter eines
- Intervalls 558
Rang
- einer allgemeinen Matrix 410
- einer Treppenmatrix 394
rationale Funktion 519
rationale Normalform 506
Rechtsnebenklasse 306
Reduktion von a modulo b 65
Reduktionssystem 111
Redundanz 270
reduzieren 111
reelle Zahl
- B-adische Darstellung 638
- B-adische Entwicklung 638
Regeln von de l'Höpital 719
Regula falsi 733
Reihe 616
- alternierende geometrische 518
- alternierende harmonische 620
- geometrische 35, 518, 617
- Grenzwert 616
- harmonische 35, 617
- Leibniz-Reihe 620
Reihendarstellung von arctan 762
Rekursionsabbildung 527
rekursive Definition 52
Relation
- antisymmetrische 101
- Äquivalenzrelation 103
- binäre 84
- Hintereinanderausführung 85
- Komposition 85
- konverse 85
- linkseindeutige 86
- linkstotale 86
- n-äre 84
rechtseindeutige 86
rechtstotale 86
reflexive 101
- strukturerhaltende 302
- symmetrische 103
- transitive 101
- Umkehrrelation 85
- Verkettung 85
- verträgliche 302
relativ prim 70
relativ primes Kongruenzsystem 290
relativ primes Polynom-Restsystem 493
Repräsentant einer Äquivalenzklasse 105
Repräsentantensystem 107
- kanonisches 107
Rest 476
Restglied 723
Restklasse modulo n 105
Restklassenaddition 253
Restklassenkörper modulo p 258
Restklassenmultiplikation 253
Restklassenring modulo n 253
Riemann, Bernhard 623
Riemann
Riemann-Integral 746
Riemann-Integrierbarkeit stetiger Funktionen 749
Riemann'sche Zeta-Funktion 622
Ring 218
- der formalen Potenzreihen 468
- Einheitengruppe 221
- Einselement 218
- kommutativer 218
- Nullelement 218
- Polynom-Ring 469
Ring-Homomorphismus 315
Rivest, Ronald Linn 262
Rolle, Michel 714
RSA-System 264
Rückkopplungsmechanismus 527
Rückkopplungspolynom 528
Russel, Bertrand 28
S- a-Additivität 644
- a-Algebra 158
Satz
- Binomialsatz 129
- Chinesischer Restsatz 290
- Fixpunktsatz 730
- Newton-Verfahren 732
- von Bolzano-Weierstraß 599
- von Euklid 58
- von Euler 260
- von Fermat, kleiner 261
- von Lagrange 214
- von Pythagoras 10, 231
- von Taylor 724
- von Wilson 296
- Wohlordnungssatz 109
Scherung 361
Schieberegister 528
Schieberegisterfolge 527
- Tiefe 528
Schiefkörper 222
- der Quaternionen 235
Schleifeninvariante 68
Schlömilch, Oscar Xavier 725
Schlüssel 262
- geheimer 262
- öffentlicher 262
schnelle Fourier-Transformation (FFT) 501
schnelle Matrixmultiplikation 372
Schnitt einer Intervallschachtelung 59
Schnittmenge 15
Schnittzahl einer Intervallschachtelung 592
Schranke
- obere 237
- untere 237
Schröder, Ernst 108
Sekante 701
Sendermenge 271
senkrecht 445
Sensitivität eines medizinischen
- Testes 175
Shamir, Adi 262
Sheffer-Operation 27
Simplex-Algorithmus 604
Sinus 683
- Potenzreihendarstellung 685
Sinus-hyperbolicus 695
Skalarmultiplikation 338
Skalarprodukt 350
Skalierung 361
- gleichförmige 361
Solovay, Robert Martin 266
Spaltenraum einer Matrix 425
Spaltenvektoren 342
Spaltenvektorraum, ni-Tupel 342
Spezialisierung 18
Spezifität eines medizinischen
- Testes 175
Spiegelung 361
Stammfunktion 752, 754
Standardabweichung 180
Standardlösung 402
Standard-n-Menge 125
Standard-Normal Verteilung
- Dichtefunktion 771
- Zufallsvariable 771
Standard-Skalarprodukt 445
statistische Versuchsplanung 150
Stellwertsystem 66
stetige Fortsetzbarkeit 664
Stetigkeit 656
- bei Umkehrfunktionen 662
- bei Verkettung von Funktionen 663
- der allgemeinen Logarithmusfunktion 679
- der natürlichen Logarithmusfunktion 677
- der Wurzelfunktionen 663
- Folgenkriterium 660
- gleichmäßige 658
- Lipschitz-Stetigkeit 658
- von Polynomfunktionen 661
- von Potenzreihen 673
- von rationalen Funktionen 661
- von rationalen Potenzfunktionen 663
Stirling, James 54
Störpolynom 529
Strassen, Volker 266, 604
Streuung 180
Stufen-Normalform 389
Summenregel 55
- des Zählens 122
Supremum 237, 559
- Eigenschaft 560
Supremumsnorm 672
Surjektivität 88
symmetrische Gruppe 207
TTaktgeber 527
Tangensfunktion 708
Tangente 701
Taubenschlagprinzip 95
Tautologie 24
Taylor, Brook 722
Taylor
- Satz von 724
Taylor-Polynom 723
Taylor-Reihe 727
Teilalgebra 353
Teilbarkeitsrelation 56
Teiler
- bei ganzen Zahlen 56
- bei Polynomen 474
teilerfremd 70
Teilerverband 242
Teilfolge 589
Teilkörper 228, 246
Teilmenge 7
- echte 7
Teilmodul eines Moduls 344
Teilmonoid 208
- erzeugtes 212
Teilraum 344
- äußere Darstellung 446
- innere Darstellung 446
- invarianter 438
Teilring 314 0-Notation 602
totale Ordnung 102
Träger
- einer Abbildung 452
- eines Codewortes 448
- endlicher 452
Transitivität der Teilbarkeitsrelation 56
Translationsinvarianz 184
Transponieren von Matrizen 342
Transposition 144
trap door function 263
Treppenfunktion 743
Treppenmatrix 393
- normierte 393
Treppen-Normalform 389, 410
Trinomialsatz 149
triviale Ideale 316
Tschebyschow, Pafnuti Lwowitsch 690
Tupel, n34
Turing, Alan 100
Türme von Hanoi 80
Uüberabzählbar 98
ultrametrische Ungleichung 570
umgangssprachliches oder 16
Umkehrabbildung 92
Umkehrrelation 85
Umordnung einer Reihe bzw. Folge 634
unabhängig und identisch verteilte
- Zufallsvariable 772
unbeschränkt
- nach oben 558
- nach unten 558
Unbestimmte eines Polynoms 471
uneigentlich konvergent 583
unendlich 558
untere Schranke 237, 558
Untergruppe 209
- erzeugte 213
- Index 215
- triviale 209
Unterintegral 745
Update-Formel 73
Urbildpartition 90
Ursache 174
VVandermonde, Alexandre-Theophile 489
Vandermonde-Matrix 489
Variable
- bei einer Mengenbeschreibung 7
- eines Polynoms 471
Varianz 180, 645
- einer stetigen Zufallsvariable mit Dichte 770
Vektor 338
Vektorraum 338
- aufgespannter 346
- endlich erzeugter 347
- erzeugter 346
- KVektorraum 338
Verankerungsvektor 380
Verband 237
- Absorptionsgesetze 238
- Assoziativgesetze 238
- Boolescher 241
- de Morgan'sche Gesetze 241
- distributiver 241
- Distributivgesetze 241
- doppelte Komplementbildung 241
- Idempotenzgesetze 238
- Kommutativgesetze 238
- Komplement innerhalb 240
- komplementärer 240
vollständiger 240
Verbindungsstrecke 694
Verdichtung 605
Vereinigung von Mengen 15
Vererbung 206
Vergleich, komponentenweiser 102
Verkettung von Polynomen 482
Verknüpfung 196
- assoziative 197
- innere 196
- kommutative 198
- komponentenweise 200
- punktweise 200
Verknüpfungstafel 257, 328
Verschlüsselung von Daten 262
Verteilungsfunktion 769
Vertretersystem 107
Vielfaches
- bei ganzen Zahlen 56
- bei Polynomen 474
- gemeinsames 74
- kleinstes gemeinsames 74
Vielfachheit
- einer Nullstelle 484
- eines Primfaktors 62
Vielfachsummendarstellung
- bei ganzen Zahlen 72
- bei Polynomen 478
vollständig geordnet 560
vollständige Induktion 48
Vollständigkeit bei Verbänden 239
Vollständigkeitsaxiom 240, 561
Voraussetzung 23
Vorlauf einer formalen
- Potenzreihe 536
Vorzeichen einer
- Permutation 323
WWachstums verhalten 602
- exponentielles 603
- logarithmisches 603
- polynomiales 603
Wahrheitstafel 22
Wahrscheinlichkeit
- a posteriori 176
- a priori 175
- bedingte 171
- Elementarwahrscheinlichkeit 160
Wahrscheinlichkeitsfunktion 160
- induzierte 168
Wahrscheinlichkeitsraum 160
- abzählbar unendlicher 644
- bedingter 171
- marginaler 185
Wahrscheinlichkeitsrechnung
- diskrete 157
- kontinuierliche 157
Weg, gerichteter 86
Weierstraß, Karl 599
Wendestelle 718
Wertzuweisung 66
Widerspruch 24
Widerspruchsbeweis 25
Wilson, John 296
Wirkung 174
Wohldefiniertheit der Restklassenarithmetik 254
wohlgeordnet 46
Wohlordnung 46, 109
Wohlordnungseigenschaft 46
Wohlordnungssatz 109
worst case 259
Worst-Case-Komplexität 604
Worst-Case-Laufzeit
- eines Algorithmus 602
Worte der Länge k 271
Wurzel einer positiven
- Zahl 562
Wurzelgesetze 564
Wurzelkriterium 625
- für Potenzreihen 630
ZZahl
- ganze 9
- irrationale 10
- komplexe 9
- natürliche 9
- nichtnegative 9
- positive 9
- rationale 9
- reelle 9
Zahlbereiche 9
Zeilenvektoren 341
Zeilenvektorraum, n-Tupel 341
Zentraler Grenzwertsatz 772
Zerlegung
- einer Menge 29
- eines Intervalls 743
Zorn, Max August 455
Zufallsvariable 168
- gleichverteilte 178
- normierte und standardisierte 772
- reellwertige 168
- unabhängige 177
Zwischenwertsatz
- erste Version 666
zweite Version 666
Zykelschreibweise 143
zyklischer Code 495
Zyklus 143
AUTOR
DIRK HACHENBERGER unterrichtet als Privatdozent an der Universität Augsburg und bietet u.a. Vorlesungen zur Mathematik für Informatiker, zur Diskreten Mathematik und zur Optimierung an.