Hans-Jochen Bartsch, Michael Sachs
Kleine Formelsammlung Mathematik
Vorwort
9
Inhalt
11
1 Logik, Arithmetik, Algebra
17
1.1 Mathematische Logik
17
1.1.1 Ein- und zweistellige Boolesche Funktionen
17
1.1.2 Rechengesetze (Boolesche Algebra)
19
1.2 Mengen
19
1.2.1 Grundlagen
19
1.2.2 Mengenoperationen
20
1.2.3 Rechenregeln für Mengen
21
1.2.4 Relationen
22
1.2.5 Zahlensysteme
22
1.3 Menge der reellen Zahlen
23
1.3.1 Standard-Zahlenmengen
23
1.3.2 Grundoperationen für reelle Zahlen
25
1.3.3 Potenzen, Wurzeln
28
1.3.4 Logarithmen
29
1.3.5 Binomischer Satz
30
1.4 Menge der komplexen Zahlen
32
1.4.1 Grundlagen
32
1.4.2 Darstellungsformen komplexer Zahlen
33
1.4.3 Grundrechenarten mit komplexen Zahlen
34
1.4.4 Potenzen und Wurzeln komplexer Zahlen
35
1.5 Kombinatorik
35
1.6 Folgen
37
1.6.1 Grundlagen
37
1.6.2 Schranken, Grenzwert und Monotonie einer Folge
37
1.6.3 Arithmetische und geometrische Folgen
38
1.6.4 Zins-, Zinseszins-, Renten- und Tilgungsrechnung
40
1.7 Gleichungen und Ungleichungen, Algebra
42
1.7.1 Grundlagen
42
1.7.2 Lineare Gleichungen
43
1.7.3 Nichtlineare Gleichungen, Polynome
44
1.7.4 Wurzelgleichungen, transzendente Gleichungen
47
1.7.5 Numerische Verfahren für Gleichungen
47
2 Lineare Algebra
50
2.1 Vektoren
50
2.1.1 Grundbegriffe
50
2.1.2 Skalarprodukt im Rn
54
2.1.3 Vektoren im R3
56
2.2 Matrizen
59
2.2.1 Grundlagen
59
2.2.2 Matrizengesetze
60
2.2.3 n-reihige quadratische Matrizen
61
2.2.4 Rang, Normen
64
2.2.5 Determinanten
65
2.2.6 Eigenwerte und Eigenvektoren
67
2.3 Lineare Gleichungssysteme
69
2.3.1 Bezeichnungen
69
2.3.2 Lösbarkeitsbedingungen
70
2.3.3 Lösungsverfahren
71
2.4 Lineare Abbildungen
73
2.4.1 Grundlagen
73
2.4.2 Spezielle lineare Abbildungen in der Ebene
74
2.5 Koordinatensysteme
75
2.5.1 Kartesische Koordinaten
75
2.5.2 Zylinderkoordinaten
76
2.5.3 Kugelkoordinaten
76
2.6 Koordinatentransformationen
77
2.6.1 Koordinatentransformationen in der Ebene
78
2.6.2 Koordinatentransformationen im Raum
79
3 Elementare und analytische Geometrie
81
3.1 Planimetrie, ebene Trigonometrie
81
3.1.1 Winkel
81
3.1.2 Teilungen, Ähnlichkeit, Kongruenz
83
3.1.3 Dreiecke
84
3.1.4 Vierecke
86
3.1.5 Vielecke
88
3.1.6 Kreis
89
3.2 Geometrische Körper (Stereometrie)
91
3.2.1 Ebenflächig begrenzte Körper (Polyeder, Vielflache)
92
3.2.2 Krummflächig begrenzte Körper
93
3.3 Punkt, Gerade, Ebene
96
3.3.1 Punkt, Strecke
96
3.3.2 Gerade in der Ebene
97
3.3.3 Gerade im Raum
99
3.3.4 Mehrere Geraden
101
3.3.5 Ebene
103
3.3.6 Flächeninhalt, Volumen
106
3.4 Kurven 2. Ordnung (Kegelschnitte)
106
3.4.1 Gemeinsame Charakterisierungen aller Kegelschnitte
106
3.4.2 Kreis
108
3.4.3 Ellipse
109
3.4.4 Parabel
113
3.4.5 Hyperbel
115
3.5 Flächen 2. Ordnung
118
3.6 Hauptachsentransformation
123
4 Funktionen
125
4.1 Grundlagen
125
4.2 Grenzwerte, unbestimmte Ausdrücke
128
4.2.1 Grenzwerte einer Funktion
128
4.2.2 Unbestimmte Ausdrücke
129
4.3 Eigenschaften reeller Funktionen
130
4.4 Rationale Funktionen
131
4.4.1 Ganzrationale Funktionen (Polynome)
131
4.4.2 Interpolation
133
4.4.3 Gebrochenrationale Funktionen
134
4.5 Nichtrationale Funktionen
135
4.5.1 Elementare Funktionen
135
4.5.2 Wurzelfunktionen
136
4.5.3 Exponentialfunktionen
137
4.5.4 Logarithmusfunktionen
137
4.5.5 Winkelfunktionen, trigonometrische Funktionen
138
4.5.6 Zyklometrische Funktionen (Arkusfunktionen)
144
4.5.7 Hyperbelfunktionen
145
4.5.8 Areafunktionen
148
4.6 Ausgewählte ebene Kurven
150
4.7 Kurvendiskussion
152
5 Analysis
153
5.1 Differenzialrechnung
153
5.1.1 Funktionen mit einer unabhängigen Variablen
153
5.1.2 Funktionen mit mehreren unabhängigen Variablen
158
5.1.3 Extrema und Wendepunkte
160
5.1.4 Differenzialgeometrie ebener Kurven
163
5.1.5 Differenzialgeometrie von Raumkurven und Raumflächen
167
5.2 Integralrechnung
171
5.2.1 Unbestimmtes und bestimmtes Integral
171
5.2.2 Grundintegrale und Integrationsregeln
174
5.2.3 Integrationstechniken
176
5.2.4 Numerische Integration
179
5.2.5 Gebietsintegrale, Mehrfachintegrale
181
5.2.6 Anwendungen der Integralrechnung
184
5.3 Vektoranalysis
191
5.3.1 Vektorwertige Funktionen, Felder
191
5.3.2 Gradient eines skalaren Feldes
194
5.3.3 Divergenz eines Vektorfeldes
194
5.3.4 Laplace-Operator eines skalaren Feldes
195
5.3.5 Rotation eines Vektorfeldes
196
5.3.6 Kurvenintegrale
197
5.3.7 Oberflächenintegrale
200
5.3.8 Integralsätze von Green, Gauss und Stokes
203
6 Gewöhnliche Differenzialgleichungen
205
6.1 Grundlagen
205
6.2 Ausgewählte Differenzialgleichungen 1. Ordnung
207
6.3 Ausgewählte Differenzialgleichungen 2. Ordnung
211
6.3.1 Homogene lineare Differenzialgleichung 2. Ordnung
211
6.3.2 Inhomogene lineare Differenzialgleichung 2. Ordnung
214
6.4 Lineare Differenzialgleichungen höherer Ordnung
216
6.5 Numerische Verfahren für Differenzialgleichungen 1. Ordnung
218
6.5.1 Polygonzugverfahren von Euler-Cauchy
218
6.5.2 Verfahren 4. Ordnung von Runge-Kutta
219
6.6 Lineare Differenzialgleichungssysteme
220
7 Reihen, Integral-Transformationen
222
7.1 Unendliche Reihen
222
7.1.1 Zahlenreihen
222
7.1.2 Konvergenzkriterien für Reihen
224
7.1.3 Potenzreihen
226
7.1.4 Taylor-Formel und Taylor-Reihen
227
7.1.5 Zusammenstellung fertig entwickelter Taylor-Reihen
229
7.1.6 Fourier-Reihen
232
7.2 Fourier-Transformation
235
7.3 Laplace-Transformation
238
7.3.1 Rechenregeln der Laplace-Transformation
239
7.3.2 Lösung von gewöhnlichen linearen Differenzialgleichungen
241
7.3.3 Korrespondenztabelle der Laplace-Transformation
242
8 Statistik, Wahrscheinlichkeitsrechnung
245
8.1 Beschreibende (deskriptive) Statistik
245
8.1.1 Grundbegriffe, Darstellungsarten
245
8.1.2 Lagemaße (Mittelwerte)
247
8.1.3 Streuungsmaße
249
8.1.4 Korrelationsmaße
251
8.1.5 Regressionsrechnung
252
8.1.6 Fehlerrechnung
253
8.2 Wahrscheinlichkeitsrechnung
255
8.2.1 Grundbegriffe
255
8.2.2 Sätze der Wahrscheinlichkeitsrechnung
257
8.2.3 Zufällige Variable
259
8.2.4 Diskrete zufällige Variable
263
8.2.5 Stetige zufällige Variable
265
8.3 Schließende (induktive) Statistik
269
8.3.1 Schätzfunktionen
269
8.3.2 Intervallschätzung
270
8.3.3 Signifikanztests
271
8.4 Tabellen
274
8.4.1 Verteilungsfunktion (x) der Standard-Normalverteilung
274
8.4.2 Quantile der t-Verteilung (Student-Verteilung)
275
8.4.3 Quantile der 2-Verteilung
276
9 Integraltabelle
277
9.1 Rationale Funktionen
277
9.2 Wurzelfunktionen
277
9.3 Trigonometrische Funktionen
279
9.4 Exponential- und Hyperbelfunktionen
281
9.5 Exponential- und trigonometrische Funktionen
282
9.6 Logarithmusfunktionen
282
9.7 Arcusfunktionen
282
Sachwortverzeichnis
283
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