Taschenbuch mathematischer Formeln für Ingenieure und Naturwissenschaftler

Hans-Jochen Bartsch, Michael Sachs

Taschenbuch mathematischer Formeln für Ingenieure und Naturwissenschaftler

2018

832 Seiten

Format: PDF

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ISBN: 9783446457072

 

Vorwort zur 24. Auflage

7

Aus dem Vorwort zur 23. Auflage

7

Inhaltsverzeichnis

9

1 Logik, Mengen, Zahlensysteme

23

1.1 Aussagenlogik

23

1.1.1 Allgemeines

23

1.1.2 Ein- und zweistellige Boolesche Funktionen

25

1.1.3 Boolesche Algebra

27

1.1.4 Normalformen

29

1.2 Prädikatenlogik

31

1.3 Mengen

32

1.3.1 Allgemeines

32

1.3.2 Mengenoperationen

35

1.3.3 Beziehungen, Gesetze, Rechenregeln

37

1.3.4 Relationen

38

1.3.5 Intervalle

40

1.3.6 Unscharfe Mengen

40

1.4 Zahlensysteme

42

1.4.1 Polyadische Zahlensysteme

42

1.4.2 Römisches Zahlensystem

47

2 Arithmetik

48

2.1 Menge der reellen Zahlen

48

2.1.1 Standard-Zahlenmengen

48

2.1.2 Grundoperationen an reellen Zahlen

50

2.1.2.1 Die vier Grundrechenarten

50

2.1.2.2 Proportionen, Verhältnisgleichungen

54

2.1.2.3 Prozentrechnung

55

2.1.2.4 Näherung

56

2.1.2.5 Fehlerrechnung

57

2.1.2.6 Betrag und Signum

58

2.1.2.7 Summen- und Produktzeichen

59

2.1.3 Potenzen und Wurzeln

61

2.1.4 Logarithmen

63

2.1.5 Fakultät und Binomialkoeffizient

65

2.2 Menge der komplexen Zahlen

68

2.2.1 Grundbegriffe

68

2.2.2 Darstellungsformen komplexer Zahlen

71

2.2.3 Grundrechenarten mit komplexen Zahlen

72

2.2.4 Potenzen und Wurzeln komplexer Zahlen

73

2.2.5 Natürliche Logarithmen komplexer Zahlen

75

2.3 Kombinatorik

76

2.3.1 Permutationen

76

2.3.2 Variationen

78

2.3.3 Kombinationen

79

2.4 Folgen

81

2.4.1 Allgemeines

81

2.4.2 Schranken, Grenzen, Grenzwert einer Folge

82

2.4.3 Arithmetische und geometrische Folgen

85

2.4.4 Finanzmathematik

88

2.4.4.1 Zinsrechnung

88

2.4.4.2 Zinseszinsrechnung

89

2.4.4.3 Rentenrechnung

90

2.4.4.4 Schuldentilgung, Annuität

91

3 Gleichungen und Ungleichungen

93

3.1 Allgemeines

93

3.2 Lineare algebraische Gleichungen und Ungleichungen

98

3.2.1 Lineare Gleichungen und Ungleichungen mit einer Variablen

98

3.2.2 Lineare Gleichungen und Ungleichungen mit mehreren Variablen

100

3.3 Nichtlineare Gleichungen

103

3.3.1 Nichtlineare algebraische Gleichungen

103

3.3.1.1 Quadratische Gleichungen und Ungleichungen mit einer Variablen

103

3.3.1.2 Quadratisches Gleichungssystem mit zwei Variablen

105

3.3.1.3 Kubische Gleichungen

106

3.3.1.4 Gleichungen 4. Grades

108

3.3.1.5 Symmetrische Gleichungen

108

3.3.1.6 Algebraische Gleichungen n-ten Grades

109

3.3.1.7 Horner-Schema

110

3.3.1.8 Wurzelgleichungen mit einer Variablen

113

3.3.2 Transzendente Gleichungen

113

3.3.2.1 Exponentialgleichungen

113

3.3.2.2 Logarithmische Gleichungen

114

3.3.2.3 Goniometrische Gleichungen

115

3.3.2.4 Betragsgleichungen und -ungleichungen

116

3.4 Numerische Verfahren

116

3.4.1 Bisektionsverfahren

117

3.4.2 Fixpunktiteration

118

3.4.3 Newtonsches (Tangenten-)Näherungsverfahren

120

3.4.4 Sekantenmethode (Regula falsi)

121

3.5 Nichtlineare Gleichungssysteme

122

3.6 Grafische Lösung von Gleichungen

125

4 Elementare Geometrie

126

4.1 Planimetrie, ebene Trigonometrie

126

4.1.1 Winkel

126

4.1.2 Teilungen, Ähnlichkeit, Kongruenz, Symmetrie

128

4.1.3 Dreieck

131

4.1.3.1 Schiefwinkliges Dreieck

132

4.1.3.2 Gleichschenkliges und gleichseitiges Dreieck

137

4.1.3.3 Rechtwinkliges Dreieck

138

4.1.4 Vierecke

140

4.1.4.1 Trapez

140

4.1.4.2 Parallelogramme

141

4.1.4.3 Unregelmäßige Vierecke mit Umkreis bzw. Inkreis

142

4.1.5 Vielecke (Polygone)

143

4.1.5.1 Ebene sternförmige n-Ecke

143

4.1.5.2 Regelmäßige (reguläre) Vielecke

143

4.1.5.3 Einige bestimmte regelmäßige Vielecke

144

4.1.5.4 Konstruktion der einfachen regelmäßigen Vielecke

145

4.1.6 Der Kreis

146

4.1.6.1 Sätze zum Kreis

146

4.1.6.2 Kreisberechnungen

147

4.2 Geometrische Körper (Stereometrie)

149

4.2.1 Allgemeines

149

4.2.2 Ebenflächig begrenzte Körper (Polyeder, Vielflache)

151

4.2.2.1 Prismatische Körper

151

4.2.2.2 Pyramide, Pyramidenstumpf

152

4.2.2.3 Prismoid

153

4.2.2.4 Die fünf regelmäßigen Polyeder

154

4.2.3 Krummflächig begrenzte Körper

156

4.2.3.1 Zylinder, Zylinderabschnitt

156

4.2.3.2 Kegel, Kegelstumpf

157

4.2.3.3 Kugel

158

4.2.3.4 Tonne, Torus

160

4.2.3.5 Fraktale Geometrie

160

4.3 Sphärische Trigonometrie

162

4.3.1 Allgemeines

162

4.3.2 Rechtwinkliges sphärisches Dreieck

163

4.3.3 Schiefwinkliges sphärisches Dreieck

164

4.3.4 Berechnung sphärischer Dreiecke

166

4.3.5 Mathematische Geografie

167

5 Lineare Algebra

170

5.1 Vektorraum

170

5.2 Matrizen

174

5.2.1 Matrizenarten, Definitionen

174

5.2.1.1 Allgemeines

174

5.2.1.2 Quadratische Matrizen

176

5.2.1.3 Inverse Matrix, (Um)Kehrmatrix

182

5.2.1.4 Rang einer Matrix

183

5.2.1.5 Matrizennormen

184

5.2.1.6 Grenzwert, Differenzialquotient, Integral

185

5.2.2 Matrizengesetze

185

5.2.2.1 Gleichheit und Summe zweier Matrizen

185

5.2.2.2 Multiplikation von Matrizen

185

5.2.3 Matrizengleichungen

188

5.2.4 Eigenwerte und Eigenvektoren quadratischer Matrizen

189

5.2.5 Numerische Verfahren

192

5.2.5.1 Householder-Orthogonalisierung(-Transformation)

192

5.2.5.2 QR-Verfahren

194

5.2.5.3 Vektoriteration (Potenzmethode, v.-Mises-Verfahren)

194

5.3 Determinanten

195

5.3.1 Determinante einer quadratischen Matrix

195

5.3.2 Berechnung von Determinanten

196

5.3.3 Rechenregeln für Determinanten

198

5.3.4 Praktische Berechnung einer Determinante

199

5.4 Lineare Gleichungssysteme

200

5.4.1 Allgemeines

200

5.4.2 Lösbarkeit linearer Gleichungssysteme

201

5.4.3 Lösungsverfahren für lineare Gleichungssysteme

203

5.4.3.1 Einfacher und verketteter Gaußscher Algorithmus

204

5.4.3.2 Gaußscher Algorithmus für Systeme mit gleicher Matrix A und m rechten Seiten

208

5.4.3.3 Gauß-Jordan-Verfahren zur Matrixinversion

209

5.4.3.4 Gaußscher Algorithmus für symmetrische, positiv definite Koeffizientenmatrix, Cholesky-Verfahren

210

5.4.3.5 Gleichungssysteme mit symmetrischer, tridiagonaler, positiv definiter Matrix

211

5.4.3.6 Gauß-Seidelsches Iterationsverfahren

211

5.4.3.7 Austauschverfahren

215

5.4.4 Cramersche Regel

215

5.4.5 Überbestimmte lineare Gleichungssysteme

216

5.5 Lineare Optimierung

218

5.5.1 Allgemeines

218

5.5.2 Grafische Lösung für zwei Variable

220

5.5.3 Simplexalgorithmus

221

5.6 Abbildungen

225

5.6.1 Lineare Abbildungen

225

5.6.2 Affine Abbildungen

228

5.6.2.1 Allgemeines

228

5.6.2.2 Allgemeine, nicht winkeltreue affineAbbildungen

233

5.6.2.3 Ähnlichkeitsabbildungen

236

5.6.2.4 Kongruenzabbildungen

237

5.7 Koordinatentransformation

240

5.7.1 Allgemeines

240

5.7.2 Orthogonale Koordinatentransformation in der Ebene

241

5.7.3 Orthogonale Koordinatentransformation im Raum

242

6 Vektoren, Analytische Geometrie

246

6.1 Vektoren, Grundlagen

246

6.2 Vektoralgebra

251

6.2.1 Addition und Subtraktion von Vektoren

251

6.2.2 Multiplikation von Vektoren

253

6.2.2.1 Multiplikation eines Vektors mit einem Skalar

253

6.2.2.2 Skalarprodukt (inneres Produkt, Punktprodukt)

253

6.2.2.3 Vektorprodukt (äußeres Produkt, Kreuzprodukt)

255

6.2.2.4 Mehrfache Produkte von Vektoren

257

6.3 Koordinatensysteme

258

6.3.1 Allgemeines

258

6.3.2 Ebene (2D-)Koordinatensysteme

259

6.3.3 Räumliche (3D-)Koordinatensysteme

260

6.4 Punkte, Kurven 1. Ordnung

263

6.4.1 Punkte

263

6.4.2 Gerade, Strahl, Strecke

264

6.4.2.1 Punktmengen, Teilung einer Strecke

264

6.4.2.2 Gleichungen einer Geraden in der(x, y)-Ebene

266

6.4.2.3 Gleichungen einer Geraden im Raum

268

6.4.2.4 Abstand eines Punktes von einer Geraden

271

6.4.3 Mehrere Geraden

272

6.4.3.1 Schnittpunkt zweier Geraden

272

6.4.3.2 Schnittwinkel zweier Geraden

274

6.4.3.3 Abstand zweier Geraden

276

6.4.3.4 Drei und mehr Geraden

277

6.5 Ebenen

277

6.5.1 Eine Ebene

278

6.5.1.1 Gleichungen einer Ebene im Raum

278

6.5.1.2 Richtungskosinus der Normalen einer Ebene

282

6.5.1.3 Abstand eines Punktes P1 von einer Ebene

282

6.5.1.4 Durchstoßpunkt D einer Geraden durch eine Ebene

283

6.5.1.5 Winkel phi zwischen Gerade und Ebene

284

6.5.2 Zwei Ebenen

285

6.5.3 Drei und mehr Ebenen

286

6.5.4 Flächeninhalt, Schwerpunkt, Volumen

287

6.6 Kurven 2. Ordnung (Kegelschnitte)

288

6.6.1 Allgemeines

288

6.6.2 Kreis

290

6.6.2.1 Gleichungen des Kreises

290

6.6.2.2 Schnittpunkte einer Geraden mit einem Kreis

292

6.6.2.3 Tangente und Normale eines Kreises

293

6.6.2.4 Polare eines Punktes in Bezug auf einen Kreis

293

6.6.2.5 Potenz p eines Punktes in Bezug auf einen Kreis

294

6.6.2.6 Kreisbüschel

295

6.6.3 Ellipse

295

6.6.3.1 Gleichungen der Ellipse

295

6.6.3.2 Schnittpunkte einer Geraden mit einer Ellipse

297

6.6.3.3 Tangente, Normale und Durchmesser einer Ellipse

298

6.6.3.4 Polare eines Punktes in Bezug auf eine Ellipse

299

6.6.3.5 Krümmung einer Ellipse

299

6.6.3.6 Haupt- und Nebenkreis einer Ellipse

300

6.6.3.7 Flächeninhalt und Umfang von Ellipse, Ellipsensegment und Ellipsensektor

300

6.6.3.8 Ellipsenkonstruktionen

301

6.6.4 Parabel

303

6.6.4.1 Gleichungen der Parabel

303

6.6.4.2 Schnittpunkte einer Geraden mit einer Parabel

305

6.6.4.3 Tangente und Normale einer Parabel

306

6.6.4.4 Polare eines Punktes in Bezug auf eine Parabel

306

6.6.4.5 Krümmung einer Parabel

307

6.6.4.6 Parabelsegment, Parabelbogen, Brennstrahl

307

6.6.4.7 Parabelkonstruktionen

308

6.6.5 Hyperbel

309

6.6.5.1 Gleichungen der Hyperbel

310

6.6.5.2 Schnittpunkt einer Geraden mit einer Hyperbel

312

6.6.5.3 Tangente und Normale einer Hyperbel

313

6.6.5.4 Polare eines Punktes in Bezug auf eine Hyperbel

314

6.6.5.5 Krümmung einer Hyperbel

315

6.6.5.6 Hyperbelsegment und Hyperbelsektor

316

6.6.5.7 Hyperbelkonstruktionen

316

6.7 Flächen 2. Ordnung

318

6.7.1 Allgemeines

318

6.7.2 Kugel

319

6.7.3 Ellipsoid

320

6.7.4 Hyperboloid

321

6.7.5 Kegel

323

6.7.6 Zylinder

324

6.7.7 Paraboloid

325

6.8 Hauptachsentransformation

327

7 Funktionen und Kurven

336

7.1 Allgemeines

336

7.1.1 Funktionen mit einer unabhängigen Variablen

336

7.1.2 Funktionen mit mehreren Variablen

340

7.2 Rationale Operationen mit Funktionen

342

7.3 Grenzwerte, unbestimmte Ausdrücke

343

7.3.1 Grenzwert einer Funktion

343

7.3.2 Unbestimmte Ausdrücke

346

7.4 Eigenschaften reeller Funktionen

348

7.4.1 Ausgewählte Eigenschaften

348

7.4.2 Nullstellen einer Funktion

351

7.4.3 Stetigkeit einer Funktion

352

7.5 Ausgewählte Funktionen

355

7.6 Rationale Funktionen

357

7.6.1 Ganzrationale Funktionen (Polynome)

357

7.6.2 Interpolation

360

7.6.2.1 Allgemeines

360

7.6.2.2 Interpolationsformel von Lagrange

361

7.6.2.3 Interpolationsformel von Newton

362

7.6.2.4 Interpolation durch kubische Splines

364

7.6.3 Gebrochenrationale Funktionen

367

7.7 Nichtrationale Funktionen

369

7.7.1 Allgemeine Potenzfunktionen

369

7.7.2 Exponentialfunktionen

370

7.7.3 Logarithmusfunktionen

373

7.7.4 Winkelfunktionen, trigonometrische Funktionen

374

7.7.4.1 Allgemeines

374

7.7.4.2 Goniometrische Beziehungen

378

7.7.4.3 Allgemeine Sinusfunktion (harmonische Schwingung)

382

7.7.4.4 Modulation

383

7.7.4.5 Überlagerung (Superposition) von Schwingungen

385

7.7.4.6 Komplexe Zeigerdarstellung von Sinusgrößen

389

7.7.5 Zyklometrische Funktionen, Arkusfunktionen

391

7.7.6 Hyperbelfunktionen

395

7.7.7 Areafunktionen

400

7.8 Algebraische Kurven höherer Ordnung

402

7.8.1 Kurven 3. Ordnung

403

7.8.2 Kurven 4. Ordnung

404

7.9 Zykloiden (Rollkurven)

406

7.9.1 Gewöhnliche (gespitzte) Zykloide

406

7.9.2 Epizykloiden

407

7.9.3 Hypozykloiden

409

7.10 Spirallinien

411

7.10.1 Logarithmische Spirale

411

7.10.2 Archimedische Spirale

412

7.10.3 Hyperbolische Spirale

412

7.11 Weitere ebene Kurven

413

7.11.1 Kettenlinie

413

7.11.2 Traktrix

414

7.12 Komplexe Funktionen

414

7.12.1 Allgemeines

414

7.12.2 Konforme Abbildungen

417

7.12.2.1 Lineare und quadratische konforme Abbildungen

417

7.12.2.2 Möbius-Abbildung und Inversion

418

8 Differenzialrechnung

422

8.1 Funktionen einer Variablen

422

8.1.1 Allgemeines

422

8.1.2 Erste Ableitungen der elementaren Funktionen

424

8.1.3 Differenziationsregeln, Ableitungsregeln

425

8.1.3.1 Grundregeln

425

8.1.3.2 Höhere Ableitungen und Differenziale

427

8.1.3.3 Differenziation impliziter FunktionenF(x, y) = 0

428

8.1.3.4 Differenziation von Funktionen in Parameterform

429

8.1.3.5 Differenziation von Funktionen in Polar-koordinaten

429

8.1.4 Grafische Differenziation

430

8.1.5 Numerische Differenziation

430

8.1.6 Logarithmische Differenziation

431

8.1.7 Mittelwertsätze

432

8.2 Funktionen mehrerer Variablen

433

8.2.1 Partielle Ableitung 1. Ordnung

433

8.2.2 Höhere partielle Ableitungen

434

8.2.3 Totale Ableitungen für zwei Variable

435

8.3 Anwendungen

437

8.3.1 Monotonie und Krümmungsverhalten

437

8.3.2 Extrema von Funktionen einer Variablen

441

8.3.3 Wendepunkte und singuläre Punkte

445

8.3.4 Asymptoten

447

8.3.5 Hüllkurven

448

8.3.6 Kurvendiskussion

449

8.3.7 Extrema von Funktionen mehrerer Variablen

449

8.4 Differenzialgeometrie

452

8.4.1 Ebene Kurven

452

8.4.1.1 Bogenelement einer ebenen Kurve

452

8.4.1.2 Tangente und Normale einer ebenen Kurve

452

8.4.1.3 Zwei ebene Kurven

454

8.4.2 Raumkurven

455

8.4.2.1 Darstellungen im kartesischen Koordinatensystem

455

8.4.2.2 Bogenelement einer Raumkurve

455

8.4.2.3 Tangente und Normale einer Raumkurve

455

8.4.2.4 Krümmung einer Raumkurve

459

8.4.2.5 Windung (Torsion) einer Raumkurve

460

8.4.3 Flächen im Raum

461

9 Integralrechnung

468

9.1 Allgemeines

468

9.1.1 Unbestimmtes Integral

468

9.1.2 Bestimmtes Integral (Riemannsches Integral)

469

9.1.3 Uneigentliche Integrale

472

9.2 Grundintegrale, Stammintegrale

474

9.3 Integrationsregeln und -verfahren

475

9.3.1 Grundregeln der Integralrechnung

475

9.3.2 Integration durch Substitution

475

9.3.3 Partielle Integration (Produktintegration)

479

9.3.4 Integration nach Partialbruchzerlegung

479

9.3.5 Integration nach Reihenentwicklung

482

9.3.6 Grafische Integration

484

9.4 Numerische Integration

485

9.4.1 Allgemeines

485

9.4.2 Newton-Cotes-Formeln

486

9.4.2.1 Rechteckformel

488

9.4.2.2 Sehnentrapezformel

489

9.4.2.3 Simpsonsche Formel, KeplerscheFassformel

489

9.4.2.4 Newtonsche 3/8-Formel

490

9.4.2.5 Tangententrapezformel

491

9.4.3 Gausssches Quadraturverfahren

492

9.4.4 Romberg-Quadraturverfahren

493

9.5 Bereichsintegrale, Gebietsintegrale

495

9.5.1 Zweidimensionales Bereichsintegral, Doppelintegral

495

9.5.2 Raumintegral, Volumenintegral, Dreifachintegral

498

9.6 Anwendungen der Integralrechnung

499

9.6.1 Geometrische Anwendungen

499

9.6.1.1 Flächeninhalte (Quadratur)

499

9.6.1.2 Bogenlänge (Rektifikation)

502

9.6.1.3 Mantelflächen von Rotationskörpern(Komplanation)

502

9.6.1.4 Volumen von Rotationskörpern (Kubatur)

502

9.6.1.5 Volumen eines Körpers

503

9.6.2 Technisch-physikalische Anwendungen

504

9.6.2.1 Bewegungen, Kinematik

504

9.6.2.2 Arbeit

504

9.6.2.3 Zeitlich veränderliche Ströme und Spannungen

505

9.6.2.4 Momente 1. Grades

505

9.6.2.5 Schwerpunkte

507

9.6.2.6 Momente 2. Grades (Festigkeitslehre)

509

9.6.2.7 Massenmomente 2. Grades (Dynamik)

510

10 Vektoranalysis

512

10.1 Vektorfunktionen

512

10.2 Felder

513

10.3 Gradient eines skalaren Feldes

516

10.4 Divergenz eines Vektorfeldes

518

10.5 Rotation eines Vektorfeldes

520

10.6 Kurvenintegrale (Linienintegrale)

522

10.6.1 Kurvenintegral erster Art

522

10.6.2 Kurvenintegral (zweiter Art)

523

10.7 Flächenintegrale (Oberflächenintegrale)

528

10.7.1 Flächenintegral erster Art

528

10.7.2 Flächenintegral zweiter Art

529

10.8 Integralsätze

531

10.8.1 Gaussscher Integralsatz

531

10.8.2 Stokesscher Integralsatz

533

11 Differenzialgleichungen

536

11.1 Allgemeines

536

11.1.1 Differenzialgleichungen, Arten

536

11.1.2 Gewöhnliche Differenzialgleichungen

537

11.2 Differenzialgleichungen 1. Ordnung

542

11.2.1 Differenzialgleichungen mit trennbaren Variablen

542

11.2.2 Gleichgradige Differenzialgleichungen 1. Ordnung

544

11.2.3 Lineare Differenzialgleichungen 1. Ordnung

545

11.2.3.1 Homogene lineare Differenzialgleichungen 1. Ordnung

545

11.2.3.2 Inhomogene lineare Differenzialgleichungen 1. Ordnung

546

11.2.4 Totale Differenzialgleichungen

548

11.2.5 Integrierender Faktor

549

11.2.6 Bernoullische Differenzialgleichung

550

11.2.7 Riccatische Differenzialgleichung

550

11.2.8 Clairautsche Differenzialgleichung

551

11.3 Differenzialgleichungen 2. Ordnung

552

11.3.1 Sonderfälle, Erniedrigung der Ordnung

552

11.3.2 Homogene lineare Differenzialgleichungen2. Ordnung mit konstanten Koeffizienten

554

11.3.3 Homogene lineare Differenzialgleichungen2. Ordnung mit veränderlichen Koeffizienten

555

11.3.4 Inhomogene lineare Differenzialgleichungen2. Ordnung mit konstanten Koeffizienten

556

11.3.5 Inhomogene lineare Differenzialgleichungen2. Ordnung mit veränderlichen Koeffizienten

560

11.3.6 Besselsche Differenzialgleichung

562

11.3.7 Anwendungsfall Schwingungen

564

11.4 Differenzialgleichungen n-ter Ordnung

567

11.5 Lineare Differenzialgleichungssysteme

571

11.6 Näherungslösungen für Differenzialgleichungen 1. Ordnung

573

11.6.1 Verfahren unbestimmter Koeffizienten

573

11.6.2 Iterationsverfahren

575

11.7 Anfangswertprobleme

576

11.7.1 Allgemeines

576

11.7.2 Explizite Einschrittverfahren

579

11.7.2.1 Polygonzugverfahren von Euler-Cauchy

579

11.7.2.2 Heun-Verfahren

581

11.7.2.3 Klassisches Verfahren von Runge-Kutta

581

11.7.2.4 Einbettungsformeln

582

11.7.3 Mehrschrittverfahren

582

11.7.3.1 Explizitverfahren von Adams-Bashforth

583

11.7.3.2 Prädiktor-Korrektor-Verfahren von Adams-Moulton

583

11.7.4 Extrapolationsverfahren von Bulirsch-Stoer-Gragg

585

11.8 Randwertprobleme

585

11.8.1 Allgemeines

585

11.8.2 Schießverfahren

587

11.8.3 Direkte Differenzenapproximation

588

11.9 Partielle Differenzialgleichungen

591

11.9.1 Allgemeines

591

11.9.2 Partielle Differenzialgleichung 1. Ordnung

591

11.9.3 Partielle Differenzialgleichung 2. Ordnung

593

12 Reihen, F- und L-Transformation

595

12.1 Unendliche Reihen

595

12.1.1 Unendliche Zahlenreihen

595

12.1.2 Summen einiger konvergenter Zahlenreihen

598

12.1.3 Potenzreihen

599

12.1.3.1 Allgemeines

599

12.1.3.2 Entwicklung von Funktionen in Potenzreihen

601

12.1.4 Numerische Berechnung von Reihen

604

12.1.5 Zusammenstellung fertig entwickelter Reihen

605

12.1.6 Näherungsformeln

609

12.2 Fourier-Reihen

611

12.2.1 Fourier-Reihe einer periodischen Funktion

611

12.2.2 Numerische harmonische Analyse

617

12.2.3 Ausgewählte Fourier-Reihen

618

12.3 Fourier-Transformation

624

12.4 Laplace-Transformation

627

12.4.1 Laplace-Transformation, Allgemeines

627

12.4.2 Rechenregeln der Laplace-Transformation

629

12.4.3 Anwendungen der Laplace-Transformation

632

12.4.3.1 Lösung linearer Differenzialgleichungen

632

12.4.3.2 Test linearer Übertragungsglieder

636

12.4.4 Korrespondenztabelle der Laplace-Transformation

639

13 Statistik, Stochastik

643

13.1 Beschreibende (deskriptive) Statistik

643

13.1.1 Grundbegriffe

643

13.1.2 Lageparameter

647

13.1.3 Streuungsparameter

652

13.1.4 Korrelation

655

13.1.5 Lineare Ausgleichsrechnung

657

13.1.5.1 Methode der kleinsten Quadrate

657

13.1.5.2 Ausgleichende Gerade

658

13.1.5.3 Ausgleichende Parabel

659

13.1.5.4 Multiple Regression

660

13.1.6 Fehlerfortpflanzung

661

13.2 Wahrscheinlichkeitsrechnung

665

13.2.1 Zufallsexperiment und Ereignis

665

13.2.2 Definition der Wahrscheinlichkeit

667

13.2.3 Sätze über Wahrscheinlichkeiten

668

13.2.4 Bedingte Wahrscheinlichkeit und unabhängigeEreignisse

670

13.2.5 Zufällige Variable

673

13.2.6 Kenngrößen von zufälligen Variablen

676

13.2.6.1 Erwartungswert

676

13.2.6.2 Varianz und Standardabweichung

678

13.2.6.3 Schiefe und Exzess

680

13.2.7 Ausgewählte diskrete Verteilungen

681

13.2.7.1 Diskrete Gleichverteilung

681

13.2.7.2 Bernoulli-Verteilung

682

13.2.7.3 Binomialverteilung

682

13.2.7.4 Poisson-Verteilung

685

13.2.7.5 Hypergeometrische Verteilung

687

13.2.7.6 Geometrische Verteilung

688

13.2.8 Ausgewählte stetige Verteilungen

689

13.2.8.1 Stetige Gleichverteilung (Rechteckverteilung)

689

13.2.8.2 Normalverteilung

689

13.2.8.3 Exponentialverteilung

695

13.2.8.4 Dz-Verteilung

696

13.2.8.5 t-Verteilung (Student-Verteilung)

697

13.3 Schließende (induktive) Statistik

698

13.3.1 Grundbegriffe

698

13.3.2 Punktschätzungen

699

13.3.3 Intervallschätzungen

701

13.3.3.1 Konfidenzintervall für den Anteil p

702

13.3.3.2 Konfidenzintervalle für den Erwartungswert µ

703

13.3.3.3 Konfidenzintervall für die Varianz ò

706

13.3.4 Hypothesentests

707

13.3.4.1 Allgemeines über Tests

707

13.3.4.2 Test über den Anteil p

709

13.3.4.3 Tests über den Erwartungswert µ

712

13.3.4.4 Test über die Varianz ò

715

13.3.4.5 Dz-Anpassungstest

716

14 Integraltabellen

719

14.1 Integrale rationaler Funktionen

720

14.1.1 Integrale mit ax + b

720

14.1.2 Integrale mit ax + b, cx + d

723

14.1.3 Integrale mit ax² + bx + c

724

14.1.4 Integrale mit a² ± x²

726

14.1.5 Integrale mit a³ ± x³

729

14.1.6 Integrale mit a^4 + x^4, a^4 - x^4

730

14.2 Integrale nichtrationaler Funktionen

730

14.2.1 Integrale mit \sqrt{x^n} und (a² ± b²x)^m

730

14.2.2 Integrale mit \sqrt{(ax+b)^n}

731

14.2.3 Integrale mit \sqrt{(ax+b)^n}, \sqrt{(cx+d)^m}

733

14.2.4 Integrale mit \sqrt{(a^2+x^2)^n}

735

14.2.5 Integrale mit \sqrt{(a^2-x^2)^n}

738

14.2.6 Integrale mit \sqrt{(x^2-a^2)^n}

740

14.2.7 Integrale mit \sqrt{(ax^2+bx+c)^n}

743

14.3 Integrale transzendenter Funktionen

746

14.3.1 Integrale mit e^{ax} (Exponentialfunktionen)

746

14.3.2 Integrale der Hyberbelfunktionen

747

14.3.3 Integrale mit ln x (logarithmische Funktion)

749

14.3.4 Integrale mit sin ax

750

14.3.5 Integrale mit cos ax

753

14.3.6 Integrale mit sin ax und cos ax bzw. cos bx

756

14.3.7 Integrale mit tan ax bzw. cot ax

760

14.3.8 Integrale der Arkusfunktionen

762

14.3.9 Integrale der Areafunktionen

763

14.4 Bestimmte und uneigentliche Integrale

764

Anhang

772

Sachwortverzeichnis

783

 

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