Dieses Lehrbuch wendet sich an Studierende der Ingenieur- und Naturwissenschaften und stellt die gesamte Höhere Mathematik, wie sie üblicherweise im Grundstudium behandelt wird, in einem Band zusammen. Ausgangspunkt ist dabei stets die Frage, womit der Ingenieur und der Naturwissenschaftler in seiner Arbeit konfrontiert wird, wie z.B. die Modellierung und Optimierung technischer Prozesse oder die Beschreibung physikalischer Gesetzmäßigkeiten. Das Werk erschließt systematisch die zugrunde liegenden mathematischen Themen, ausgehend von der Schulmathematik über die Lineare Algebra bis hin zu…mehr
Dieses Lehrbuch wendet sich an Studierende der Ingenieur- und Naturwissenschaften und stellt die gesamte Höhere Mathematik, wie sie üblicherweise im Grundstudium behandelt wird, in einem Band zusammen. Ausgangspunkt ist dabei stets die Frage, womit der Ingenieur und der Naturwissenschaftler in seiner Arbeit konfrontiert wird, wie z.B. die Modellierung und Optimierung technischer Prozesse oder die Beschreibung physikalischer Gesetzmäßigkeiten. Das Werk erschließt systematisch die zugrunde liegenden mathematischen Themen, ausgehend von der Schulmathematik über die Lineare Algebra bis hin zu partiellen Differenzialgleichungen. Neu aufgenommen in die umfassend überarbeitete zweite Auflage wurden die Themen Randwertprobleme und Tensorrechnung. Dem Autor gelingt eine in sich geschlossene und didaktisch eingängige Darstellung der Höheren Mathematik, wobei Beweise nur angegeben werden, wenn sie für das Verständnis hilfreich sind. Alle neu eingeführten Begriffe werden durch Abbildungenoder Beispiele veranschaulicht. Eine Vielzahl von Übungsaufgaben (mit Lösungen im Internet) erleichtern die Vertiefung des Lernstoffs.
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Autorenporträt
Prof. Dr. Günter Bärwolff arbeitete ca. 15 Jahre in verschiedenen Forschungsinstituten in theoretisch und experimentell arbeitenden interdisziplinären Gruppen auf dem Gebiet der angewandten Mathematik und Strömungsmechanik bevor er 1994 sein Forschungs- und Lehrtätigkeit an der TU Berlin begann. Seitdem hält er Vorlesungen zur "Höheren Mathematik" für Ingenieure und Naturwissenschaftler, sowie Vorlesungen zur mathematischen Modellierung und zur Lösung partieller Differentialgleichungen
Inhaltsangabe
1 Grundlagen 1.1 Logische Grundlagen 1.2 Grundlagen der Mengenlehre 1.3 Abbildungen 1.4 Die natürlichen Zahlen und die vollständige Induktion 1.5 Ganze, rationale und reelle Zahlen 1.6 Ungleichungen und Beträge 1.7 Komplexe Zahlen 1.8 Aufgaben
2 Analysis von Funktionen einer Veränderlichen 2.1 Begriff der Funktion 2.2 Eigenschaften von Funktionen 2.3 Elementare Funktionen 2.4 Grenzwert und Stetigkeit von Funktionen 2.5 Eigenschaften stetiger Funktionen 2.6 Differenzierbarkeit von Funktionen 2.7 Lineare Approximation und Differential 2.8 Eigenschaften differenzierbarer Funktionen 2.9 TAYLORsche Formel und der Satz von TAYLOR 2.10 Extremalprobleme 2.11 BANACHscher Fixpunktsatz und NEWTON Verfahren 2.12 Kurven im R 2 2.13 Integralrechnung 2.14 Volumen und Oberfläche von Rotationskörpern 2.15 Parameterintegrale 2.16 Uneigentliche Integrale 2.17 Numerische Integration 2.18 Interpolation 2.19 Aufgaben
3 Reihen 3.1 Zahlenreihen 3.2 Funktionenfolgen 3.3 Gleichmäßig konvergente Reihen 3.4 Potenzreihen 3.5 Operationen mit Potenzreihen 3.6 Komplexe Potenzreihen, Reihen von exp x, sin x und cos x 3.7 Numerische Integralberechnung mit Potenzreihen 3.8 Konstruktion von Reihen 3.9 FOURIER Reihen 3.10 Aufgaben
4 Lineare Algebra 4.1 Determinanten 4.2 CRAMERsche Regel 4.3 Matrizen 4.4 Lineare Gleichungssysteme und deren Lösung 4.5 Allgemeine Vektorräume 4.6 Orthogonalisierungsverfahren nach ERHARD SCHMIDT 4.7 Eigenwertprobleme 4.8 Vektorrechnung im R 3 4.9 Aufgaben
5 Analysis im R n 5.1 Eigenschaften von Punktmengen aus dem R n 5.2 Abbildungen und Funktionen mehrerer Veränderlicher 5.3 Kurven im R n 5.4 Stetigkeit von Abbildungen 5.5 Partielle Ableitung einer Funktion 5.6 Ableitungsmatrix und HESSE Matrix 5.7 Differenzierbarkeit von Abbildungen 5.8 Differentiationsregeln und die Richtungsableitung 5.9 Lineare Approximation 5.10 Totales Differential 5.11 TAYLOR Formel und Mittelwertsatz 5.12 Satz über implizite Funktionen 5.13 Extremalaufgaben ohne Nebenbedingungen 5.14 Extremalaufgaben mit Nebenbedingungen 5.15 Ausgleichsrechnung 5.16 NEWTON Verfahren für Gleichungssysteme 5.17 Aufgaben
6 Gewöhnliche Differentialgleichungen 6.1 Einführung 6.2 Allgemeine Begriffe 6.3 Allgemeines zu Differentialgleichungen erster Ordnung 6.4 Differentialgleichungen erster Ordnung mit trennbaren Variablen 6.5 Lineare Differentialgleichungen erster Ordnung 6.6 Durch Transformationen lösbare Differentialgleichungen 6.7 Lineare Differentialgleichungssysteme erster Ordnung 6.8 Differentialgleichungen n ter Ordnung 6.9 Anmerkungen zum ''Rechnen'' mit Differentialgleichungen 6.10 Numerische Lösungsmethoden 6.11 Potenzreihen zur Lösung von Differentialgleichungen 6.12 BESSELsche und LEGENDREsche Differentialgleichungen 6.13 Rand und Eigenwertprobleme 6.14 Nichtlineare Differentialgleichungen 6.15 Aufgaben
7 Vektoranalysis und Kurvenintegrale 7.1 Die grundlegenden Operatoren der Vektoranalysis 7.2 Rechenregeln und Eigenschaften der Operatoren der Vektoranalysis 7.3 Potential und Potentialfeld 7.4 Skalare Kurvenintegrale 7.5 Vektorielles Kurvenintegral Arbeitsintegral 7.6 Stammfunktion eines Gradientenfeldes 7.7 Berechnungsmethoden für Stammfunktionen 7.8 Vektorpotentiale 7.9 Aufgaben
8 Flächenintegrale, Volumenintegrale und Integralsätze 8.1 Flächeninhalt ebener Bereiche 8.2 RIEMANNsches Flächenintegral 8.3 Flächenintegralberechnung durch Umwandlung in Doppelintegrale 8.4 Satz von GREEN 8.5 Transformationsformel für Flächenintegrale 8.6 Integration über Oberflächen 8.7 Satz von STOKES 8.8 Volumenintegrale 8.9 Transformationsformel für Volumenintegrale 8.10 Satz von GAUSS 8.11 Aufgaben
9 Partielle Differentialgleichungen 9.1 Was ist eine partielle Differentialgleichung? 9.2 Partielle Differentialgleichungen zweiter Ordnung 9.3 Beispiele aus der Physik 9.4 Wellengleichung 9.5 Wärmeleitungsgleichung 9.6 Potentialgleichu
1 Grundlagen 1.1 Logische Grundlagen 1.2 Grundlagen der Mengenlehre 1.3 Abbildungen 1.4 Die natürlichen Zahlen und die vollständige Induktion 1.5 Ganze, rationale und reelle Zahlen 1.6 Ungleichungen und Beträge 1.7 Komplexe Zahlen 1.8 Aufgaben
2 Analysis von Funktionen einer Veränderlichen 2.1 Begriff der Funktion 2.2 Eigenschaften von Funktionen 2.3 Elementare Funktionen 2.4 Grenzwert und Stetigkeit von Funktionen 2.5 Eigenschaften stetiger Funktionen 2.6 Differenzierbarkeit von Funktionen 2.7 Lineare Approximation und Differential 2.8 Eigenschaften differenzierbarer Funktionen 2.9 TAYLORsche Formel und der Satz von TAYLOR 2.10 Extremalprobleme 2.11 BANACHscher Fixpunktsatz und NEWTON Verfahren 2.12 Kurven im R 2 2.13 Integralrechnung 2.14 Volumen und Oberfläche von Rotationskörpern 2.15 Parameterintegrale 2.16 Uneigentliche Integrale 2.17 Numerische Integration 2.18 Interpolation 2.19 Aufgaben
3 Reihen 3.1 Zahlenreihen 3.2 Funktionenfolgen 3.3 Gleichmäßig konvergente Reihen 3.4 Potenzreihen 3.5 Operationen mit Potenzreihen 3.6 Komplexe Potenzreihen, Reihen von exp x, sin x und cos x 3.7 Numerische Integralberechnung mit Potenzreihen 3.8 Konstruktion von Reihen 3.9 FOURIER Reihen 3.10 Aufgaben
4 Lineare Algebra 4.1 Determinanten 4.2 CRAMERsche Regel 4.3 Matrizen 4.4 Lineare Gleichungssysteme und deren Lösung 4.5 Allgemeine Vektorräume 4.6 Orthogonalisierungsverfahren nach ERHARD SCHMIDT 4.7 Eigenwertprobleme 4.8 Vektorrechnung im R 3 4.9 Aufgaben
5 Analysis im R n 5.1 Eigenschaften von Punktmengen aus dem R n 5.2 Abbildungen und Funktionen mehrerer Veränderlicher 5.3 Kurven im R n 5.4 Stetigkeit von Abbildungen 5.5 Partielle Ableitung einer Funktion 5.6 Ableitungsmatrix und HESSE Matrix 5.7 Differenzierbarkeit von Abbildungen 5.8 Differentiationsregeln und die Richtungsableitung 5.9 Lineare Approximation 5.10 Totales Differential 5.11 TAYLOR Formel und Mittelwertsatz 5.12 Satz über implizite Funktionen 5.13 Extremalaufgaben ohne Nebenbedingungen 5.14 Extremalaufgaben mit Nebenbedingungen 5.15 Ausgleichsrechnung 5.16 NEWTON Verfahren für Gleichungssysteme 5.17 Aufgaben
6 Gewöhnliche Differentialgleichungen 6.1 Einführung 6.2 Allgemeine Begriffe 6.3 Allgemeines zu Differentialgleichungen erster Ordnung 6.4 Differentialgleichungen erster Ordnung mit trennbaren Variablen 6.5 Lineare Differentialgleichungen erster Ordnung 6.6 Durch Transformationen lösbare Differentialgleichungen 6.7 Lineare Differentialgleichungssysteme erster Ordnung 6.8 Differentialgleichungen n ter Ordnung 6.9 Anmerkungen zum ''Rechnen'' mit Differentialgleichungen 6.10 Numerische Lösungsmethoden 6.11 Potenzreihen zur Lösung von Differentialgleichungen 6.12 BESSELsche und LEGENDREsche Differentialgleichungen 6.13 Rand und Eigenwertprobleme 6.14 Nichtlineare Differentialgleichungen 6.15 Aufgaben
7 Vektoranalysis und Kurvenintegrale 7.1 Die grundlegenden Operatoren der Vektoranalysis 7.2 Rechenregeln und Eigenschaften der Operatoren der Vektoranalysis 7.3 Potential und Potentialfeld 7.4 Skalare Kurvenintegrale 7.5 Vektorielles Kurvenintegral Arbeitsintegral 7.6 Stammfunktion eines Gradientenfeldes 7.7 Berechnungsmethoden für Stammfunktionen 7.8 Vektorpotentiale 7.9 Aufgaben
8 Flächenintegrale, Volumenintegrale und Integralsätze 8.1 Flächeninhalt ebener Bereiche 8.2 RIEMANNsches Flächenintegral 8.3 Flächenintegralberechnung durch Umwandlung in Doppelintegrale 8.4 Satz von GREEN 8.5 Transformationsformel für Flächenintegrale 8.6 Integration über Oberflächen 8.7 Satz von STOKES 8.8 Volumenintegrale 8.9 Transformationsformel für Volumenintegrale 8.10 Satz von GAUSS 8.11 Aufgaben
9 Partielle Differentialgleichungen 9.1 Was ist eine partielle Differentialgleichung? 9.2 Partielle Differentialgleichungen zweiter Ordnung 9.3 Beispiele aus der Physik 9.4 Wellengleichung 9.5 Wärmeleitungsgleichung 9.6 Potentialgleichu
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"(...) Dem Autor gelingt eine in sich geschlossene und didaktisch eingängige Darstellung der Höheren Mathematik (...)" - Wiesbadener anzeiger
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