Analysis und Lineare Algebra

  1. Grenzwerte gebrochenrationaler Funktionen
    Elementare Funktionen > Rationale Funktionen > Gebrochenrationale Funktionen > Grenzwerte gebrochenrationaler Funktionen
    ... von Grenzwerten bei gebrochenrationalen Funktionen. Möchten wir das Verhalten von Funktionen im Unendlichen herausfinden, müssen wir die beiden Fälle $x \to + \infty$ und $x \to - \infty$ betrachten:$lim_{x \to + \infty} \frac{a_nx^n + a_{n-1}x^{n-1}+ ... + a_1x + a_0}{b_mx^m + b_{m-1}x^{m-1} + ... + b_1x + b_0}$$lim_{x \to - \infty} \frac{a_nx^n + a_{n-1}x^{n-1}+ ... + a_1x + a_0}{b_mx^m + b_{m-1}x^{m-1} + ... + b_1x + b_0}$Für die Berechnung der Grenzwerte vergleichen ...
  2. Nichtrationale Funktionen
    Elementare Funktionen > Nichtrationale Funktionen
    Nichtrationale Funktionen umfassen Funktionen, welche nicht der Algebra zuzurechnen sind. Der Fachterminus für diese Funktionen ist transzendente Funktionen. Transzendente Funktionen unterscheiden sich von den algebraischen Funktionen dadurch, dass sie über die Grundrechenarten im Funktionsterm hinausgehen.Zu den transzendenten Funktionen zählen:- Wurzelfunktionen,- Exponentialfunktionen,- Trigonometrische Funktionen,- Hyperbelfunktionen. NEUER TÄXT!!!In der Mathematik sprechen ...
  3. Rationale Funktionen
    Elementare Funktionen > Rationale Funktionen
    ... diesem Kursabschnitt werden wir die rationalen Funktionen inganzrationale Funktionen undgebrochenrationale Funktionenunterschieden und deren Eigenschaften betrachten.
  4. Grundlagen: Mengenlehre und reelle Zahlen
    Grundlagen: Mengenlehre und reelle Zahlen
    ... wie folgt:Grundlagenkomplexe Zahlenelementare FunktionenVektorrechnungDifferentialrechnungIntegralrechnungFolgen und Reihenlineare Algebra
  5. Produktmengen
    Grundlagen: Mengenlehre und reelle Zahlen > Mengenlehre > Mengenoperationen > Produktmengen
    ... \in B$ gebildet werden können. Alle Funktionen und Abbildungen sind als Teilmengen kartesischer Produkte aufzufassen.Schreibweise: $A \times B = \{(x,y)|x \in A \; \text{und} \; y \in B \}$Hierbei stellt $n_1$ die Anzahl der Elemente von $A$ und $n_2$ die Anzahl der Elemente von $B$ dar. Die Produktmenge beinhaltet dann $n_1 \cdot n_2$ geordnete Paare. Überträgt man nun diese Paare auf ein kartesisches Koordinatensystem, so erhält man ein Punktegitter ...
  6. Komplexe Zahlen und Polarkoordinaten
    Komplexe Zahlen > Komplexe Zahlen und Polarkoordinaten
    IV. Quadrant
    ... Verbindung zwischen den trigonometrischen Funktionen und den komplexen Exponentialfunktionen mittels komplexer Zahlen an. Die Eulersche Darstellung wird im angegeben durch:Eulersche Darstellung: $z = r e^{i\varphi}$mit  $e^{i\varphi} = cos \varphi + i \cdot sin \varphi$Die Angabe von $\varphi$ erfolgt bei der eulerschen Darstellung in Radiant!Gegeben sei die komplexe Zahl $z = 3 - i4$. Wie lauten ihre Polarkoordinaten?Wir verwenden hier wieder der kartesischen ...
  7. Ganzrationale Funktionen
    Elementare Funktionen > Rationale Funktionen > Ganzrationale Funktionen
    ... (auch Polynomfunktion) ist die Summe von Potenzfunktionen mit natürlichen Exponenten:$f(x) = a_nx^n + a_{n−1} x^{n−1} + . . . + a_2x^2 + a_1x + a_0 = \sum\limits_{i=0}^{n} a_ix^i$Die reellen Zahlen $a_n, a_{n−1}, . . . , a_0$ mit $a_n \neq 0$ heißen Koeffizienten, die Zahl $n \in \mathbb{N}$ ist der Grad des Polynoms.Gegeben sei die Funktion $f(x) = -3x^4 + 2x^2 - 4x + 8$. Dies ist eine ganzrationale Funktion (alle $n$ sind natürliche Zahlen) mit dem ...
  8. Nullstellen ganzrationaler Funktionen
    Elementare Funktionen > Rationale Funktionen > Ganzrationale Funktionen > Nullstellen ganzrationaler Funktionen
    Nullstellen
    ... Nullstellen von $f(x)$.  Für lineare Funktionen $(n = 1)$ und quadratische Funktionen $(n = 2)$ ist die Berechnung der Nullstellen anhand von Lösungsformeln möglich. Für ganzrationale Funktionen mit $n \ge 3$ hingegen, stehen im Allgemeinen keine Lösungsformeln zur Verfügung. Es existieren allerdings einige Sonderfälle.Berechnung der Nullstellen bei linearen FunktionenGegeben sei die Funktion $f(x) = 3x - 12$. Zur Berechnung der Nullstelle wird die Funktion ...
  9. Grenzwerte ganzrationaler Funktionen
    Elementare Funktionen > Rationale Funktionen > Ganzrationale Funktionen > Grenzwerte ganzrationaler Funktionen
    image
    ... zu den Grenzwerten ganzrationaler FunktionenFür $f(x) = a_nx^n + a_{n−1} x^{n−1} + . . . + a_0$ kann man den Koeffizienten mit dem höchsten Exponenten ausklammern. In diesem Fall klammern wir $a_nx^n$ aus:$f(x) = a_nx^n (1 + \frac{a_{n−1}x^{n-1}}{a_n x^n} + . . . + \frac{a_0}{a_nx^n})$  bzw. gekürzt:$f(x) = a_nx^n (1 + \frac{a_{n−1}}{a_nx} + . . . + \frac{a_0}{a_nx^n})$  mit $\lim_{x \rightarrow \pm \infty} (1 + \frac{a_{n−1}}{a_nx} ...
  10. Gebrochenrationale Funktionen
    Elementare Funktionen > Rationale Funktionen > Gebrochenrationale Funktionen
    ... sowie Polstellen gebrochenrationaler Funktionen und der senkrechten sowie waagerechten Asymptoten ein. 
  11. Nullstellen, Definitionslücken
    Elementare Funktionen > Rationale Funktionen > Gebrochenrationale Funktionen > Nullstellen, Definitionslücken
    Definitionslcke
    Nullstellen bei gebrochenrationalen FunktionenFür die Ermittlung der Nullstellen gebrochenrationaler Funktionen wird der Zähler herangezogen. Der Zähler der gebrochenrationalen Funktion wird gleich null gesetzt und nach $x$ aufgelöst. Allerdings muss vorher noch geprüft werden, ob der Nenner bei diesem $x$-Wert null wird, weil sonst eine hebbare Definitionslücke vorliegt (siehe folgenden Unterabschnitt: Definitionslücke). Ist der Nenner ungleich null, so liegt eine ...
  12. Asymptoten
    Elementare Funktionen > Rationale Funktionen > Gebrochenrationale Funktionen > Asymptoten
    schiefe Asymptote
    ... sich, wie wir im Kurstext Gebrochenrationale Funktionen bereits erwähnt haben, an Polstellen einer gebrochenrationalen Funktion. Diese liegt vor, wenn in der Polynormform oder in der faktorisierten Form der gebrochenrationalen Funktion der Nenner gleich null ist, der Zähler jedoch nicht.senkrechte Asymptote: $f(x) = \frac{z(x)}{n(x)} \; \to \; n(x) = 0 \; z(x) \neq 0$ Beispiel: senkreche AsymptoteGegeben sei die Funktion $f(x) = \frac{2x^2+2x-12}{6x^2-12x}$. Bestimme die Polstelle(n)!Wir ...
  13. Trigonometrische Funktionen
    Elementare Funktionen > Nichtrationale Funktionen > Trigonometrische Funktionen
    Winkelfunktionen
    Trigonometrische Funktionen, auch Winkelfunktionen genannt, dienen zur Berechnung von Winkeln in Dreiecken und in der Schwingungslehre. Hierbei bedient man sich der Sinus-, Cosinus-, Tangens- und Kotangensfunktion, sowie deren Kehrwertfunktionen. Sinusfunktion: $\ f(x) = sin(x)$, Kosinusfunktion: $\ f(x) = cos(x)$, Tangensfunktion: $\ f(x) = tan(x)$, Kotangensfunktion $\ f(x) = cot(x)$Berechnung am Einheitskreis [siehe Bild]:SinusfunktionOrdinate von B:  $y=sin \alpha = |\overline{AB}|$KosinusfunktionAbszisse ...
  14. Symmetrieeigenschaften der trigonomterischen Funktionen
    Elementare Funktionen > Nichtrationale Funktionen > Trigonometrische Funktionen > Symmetrieeigenschaften der trigonomterischen Funktionen
    Quadranten
    ... Eigenschaften der trigonometrischen Funktionen aufgeführt: sinxcosxtanxcotxDefinitionsbereich D $\ f$$\mathbb{R}$  $\mathbb{R}$  $\mathbb{R}, {x|x = \pi/2 + k\pi}$$\mathbb{R}, {x|x = k\pi}$Wertebereich W $\ f$$\ [-1, 1]$$\ [-1, 1]$$\mathbb{R}$$\mathbb{R}$Nullstellen $\ x_0$$\ k\pi$$ \pi/2 + k\pi$$\ k\pi$$ \pi/2 + k\pi$Pole $\ x_p$--$ \pi/2 + k\pi$$\ k\pi$Extrema $\ x_E$$ \pi/2 + k\pi$$\ k\pi$--Wendepunkte $\ x_W$$\ k\pi$$ \pi/2 + k\pi$$\ k\pi$$ \pi/2 + k\pi$Asymptoten--$ ...
  15. Beziehungen der trigonometrischen Funktionen
    Elementare Funktionen > Nichtrationale Funktionen > Trigonometrische Funktionen > Beziehungen der trigonometrischen Funktionen
    Die trigonometrischen Funktionen stehen in Beziehung zueinander und können daher, falls es die Rechnung erfordert, in einander überführt werden. Im Folgenden die wichtigsten Beziehungen. Komplementbeziehungen$\ sin \alpha = cos(\frac{\pi}{2} - \alpha) = cos(\alpha - \frac{\pi}{2}),       D(f) = \mathbb{R}$$\ cos \alpha = sin(\frac{\pi}{2} - \alpha) = sin(\alpha + \frac{\pi}{2}),       D(f) = \mathbb{R}$$\ tan \alpha = cot(\frac{\pi}{2} - \alpha), ...
  16. Rechenoperatoren für trigonomterische Funktionen
    Elementare Funktionen > Nichtrationale Funktionen > Trigonometrische Funktionen > Rechenoperatoren für trigonomterische Funktionen
    ... einen sicheren Umgang mit trigonometrischen Funktionen ist es notwendig die unterschiedlichen Rechenarten zu kennen. Folgende sind besonders wichtig:Additionstheoreme,Summen und Differenzen von trigonometrischen Termen,Produkte von trigonometrischen Termen,Potenzen von trigonometrischen Termen.Im Folgenden werden nur die Additionstheoreme und die Summen und Differenzen von trigonometrischen Funktionen aufgezeigt. Sie sollten sich aber unbedingt auch die Produkte und Potenzen von Trigonometrischen ...
  17. Summen und Differenzen trigonometrischer Terme
    Elementare Funktionen > Nichtrationale Funktionen > Trigonometrische Funktionen > Rechenoperatoren für trigonomterische Funktionen > Summen und Differenzen trigonometrischer Terme
    ... bzw. Differenzen aus zwei trigonometrischen Funktionen als Produkt darzustellen:$\ sin  \alpha \pm sin  \beta = 2 \; sin \frac{\alpha  \pm  \beta}{2} cos\frac{ \alpha  \mp  \beta}{2}$ $\ cos  \alpha + cos  \beta = 2 \; cos \frac{\alpha  + \beta}{2} cos\frac{\alpha  - \beta}{2}$$\ cos  \alpha - cos  \beta = -2 \; sin \frac{\alpha  + \beta}{2} sin\frac{\alpha  - \beta}{2}$$\ cos  \alpha \pm sin  \alpha = \sqrt{2} ...
  18. Hyperbelfunktionen
    Elementare Funktionen > Nichtrationale Funktionen > Hyperbelfunktionen
    Hyperbelfunktionen beziehen sich im Gegensatz zu trigonometrischen Funktionen, die am Einheitskreis mit der Formel $\ x^2 + y^2 = 1 $ definiert sind, auf analoge Strecken an der gleichseitigen Hyperbel mit der Formel $\ x^2 - y^2 = 1$. Es existieren sechs HyperbelfunktionenSinus Hyperbolicus ( abgekürzt sinh),Kosinus Hyperbolicus (cosh),Tangens Hyperbolicus (tanh),Kotangens Hyperbolicus (coth),Sekans Hyperbolicus (sech),und Kosekans Hyperbolicus (csch).Die ersten drei Funktionen, also Sinus ...
  19. Stetigkeit einer Funktion
    Elementare Funktionen > Stetigkeit einer Funktion
    Definitionslcke
    ... stetig ist.Anschaulich bedeutet dies: Funktionen die innerhalb ihres Definitionsbereiches nicht unterbrochen sind, sind stetig. Funktionen hingegen die einen Sprung aufweisen, sind unstetig.Unstetigkeit von FunktionenOb eine Funktion stetig ist oder nicht kann mit dem rechtsseitigen und linksseitigen Grenzwert bestimmt werden. Sind diese gleich und der ermittelte Wert stimmt mit dem Funktionswert an dieser Stelle überein, so ist die Funktion an der betrachteten Stelle stetig.Rechtsseitiger ...
  20. Ableitungen
    Differentialrechnung > Ableitungen
    Funktionen mit Steigung, Sattel- und Wendepunkten
    ... sowie Hoch- und Tiefpunkte bestimmt werden.Funktionen mit Steigung, Sattelpunkt, Hochpunkt und TiefpunktIn der obigen Abbildung sind drei Graphen eingezeichnet. Der $\color{orange}{\mathbf{orangene}}$ Graph fällt zuerst, erreicht bei (0;3) seinen Tiefpunkt und steigt anschließend wieder. Der $\color{blue}{\mathbf{blaue}}$ Graphen ist durch ein negatives Vorzeichen gespiegelt und steigt somit zuerst, um dann nach Durchschreiten des Hochpunktes (0;0) zu fallen. Der $\color{pink}{\mathbf{hellviolette}}$ ...
  21. Ableitungen erster Ordnung
    Differentialrechnung > Ableitungen > Ableitungen erster Ordnung
    Steigung
    ... Die Ableitung 1. Ordnung für Funktionen mit Exponenten sieht wie folgt aus $\ f(x) = x^n \rightarrow f'(x) = n \cdot x^{n-1} $.Differenziere folgende Stammfunktion $\ f(x) = 5 \cdot x^4 + 3 \cdot x^3 + 9 \cdot x^2 + 9$Hierbei wird der bisherige Wert des Exponenten mit dem Faktor vor der Variablen  $x$  multipliziert und der Exponent um den Wert Eins reduziert. Terme ohne Variable fallen, wie bereits erwähnt, weg.$ f`(x) = 5 \cdot 4 \cdot x^{4-1} + 3\cdot 3 ...
  22. Ableitungsregeln
    Differentialrechnung > Ableitungsregeln
    Elementare Funktionen sind an allen Stellen an denen sie definiert sind auch differenzierbar. Hierbei geht man selten auf die Definitionen zurück. Stattdessen benutzt man Ableitungsregeln, um auch aufwendige Funktionen differenzieren zu können.Im Folgenden eine Übersicht der Ableitungsregeln:Summenregel$\ (u + v)' = u' + v' $Gegeben sei die Funktion $f(x) = 5x^2 + 3x$$(u + v)' = (5x^2 + 3x)´ = 10x + 3$$u' + v' = (5x^2)´ + (3x)´ = 10x + 3 $$\ (ru)' = ru' $     ...
  23. Ableitung der Elementaren Funktionen
    Differentialrechnung > Ableitung der Elementaren Funktionen
    ... \cdot x^a = a\cdot x^{a-1}$Trigonometrische FunktionenSinus:  $f(x) = sin x \; \rightarrow \; f´(x) = cos x$Cosinus:  $f(x) = cos x \; \rightarrow \; f´(x) = -sin x$Tangens:  $f(x) = tan x \; \rightarrow \; f´(x) = \frac{1}{cos^2 x} = 1 + tan^2 x$Cotangens:  $f(x) = cot x \; \rightarrow \; f´(x) = -\frac{1}{sin^2 x} = -(1 + cot^2 x)$
  24. Monotone Funktionen
    Differentialrechnung > Monotone Funktionen
    Monotonieverhalten
    ... wächst oder fällt.Monoton wachsendIn Funktionen spricht man von monoton wachsend wenn gilt:Für alle  $x_1, x_2 \in D:  x_2 > x_1 \rightarrow f(x_2) \ge f(x_1) $. und von streng monoton wachsend, wenn gilt:Für alle  $x_1, x_2 \in D:  x_2 > x_1 \rightarrow f(x_2) > f(x_1) $. streng monoton wachsendIn der obigen Grafik ist die Funktion streng monoton steigend. Dies ist der Fall, wenn der Funktionsgraph für alle  $x \in I$ eine positive ...
  25. Regel von de l' Hospital
    Differentialrechnung > Regel von de l' Hospital
    ... streben. Regel 1: Die Funktionen  $f(x), g(x)$  gelten an der Stelle  $x_0$  differenzierbar und es gelte $\lim\limits_{x \to x_0} f(x) = \lim\limits_{x \to x_0} g(x) = 0$, sowie  $g´(x_0) \neq 0$.  Dann gilt:$\lim\limits_{x \to x_0} \frac{f(x)}{g(x)} = \lim\limits_{x \to x_0} \frac{f´(x)}{g´(x)}$Die obigen Regel besagt einfach, dass wenn sowohl Nenner als auch Zähler einer Funktion gegen Null laufen, wenn ...
  26. Unbestimmte Integrale
    Integralrechnung > Unbestimmte Integrale
    Unbestimmtes Integral
    ... es unendlich viele Lösungen, bzw. Stammfunktionen für dieses Problem gibt [siehe Grafik].Unbestimmtes IntegralDie Funktion könnte also z.B. so aussehen:$x^4 + x^2 + 3$ die Ableitung ist: $4x^3 + 2x$oder$x^4 + x^2 + 15$ die Ableitung ist: $4x^3 + 2x$...Da in diesem Fall die Wahl der Konstanten beliebig ist, spricht man auch von einem unbestimmten Integral. Es ist nur möglich ein Integral zu lösen, wenn man bereits die Stammfunktion $\ F(x)$ der Ableitung $\ f(x)$ kennt. ...
  27. Integration durch Substitution bei unbestimmten Integralen
    Integralrechnung > Unbestimmte Integrale > Integration durch Substitution bei unbestimmten Integralen
    ... und die Eigenschaften von Integralen oder Funktionen werden erkennbarer. Hierzu wird z.B. eine Wurzel, eine Funktion in einer Klammer etc. durch ein $t$ substituiert. Dieses $t$ muss außerdem noch nach $x$ abgeleitet werden, so dass man $\frac{dt}{dx}$ erhält. Umstellen nach $dx$ ersetzt dann das $dx$ der Integration durch $dz$.Wie die Integration mittels Substitution angewandt wird, soll als nächstes gezeigt werden.Integriere $\int (2-4x)^4\ dx$.1. Zuerst substituiert ...
  28. Partialbruchzerlegung (rationale Zahlen) bei unbestimmten Integralen
    Integralrechnung > Unbestimmte Integrale > Partialbruchzerlegung (rationale Zahlen) bei unbestimmten Integralen
    Um gebrochen-rationale Funktionen zu integrieren, bedarf es  der Zerlegung in eine Summe von Partialbrüchen. Man versucht durch die Zerlegung eine Reihe einfacher Brüche zu erhalten, deren Integration bekannt und einfach durchführbar ist.Auch hierbei kann man sich an eine vorgegebene Reihenfolge halten:I. DurchdividierenII. Nullstellen des Nenners bestimmenIII. Ansatz der PartialbrücheIV. Bestimmung der KoeffizientenV. IntegrationIntegriere $\int \frac{x^3-2x^2+x+5}{x^2-1} ...
  29. Integration nicht-rationaler Zahlen bei unbestimmten Integralen
    Integralrechnung > Unbestimmte Integrale > Integration nicht-rationaler Zahlen bei unbestimmten Integralen
    Im Gegensatz zu den bisherigen rationalen Funktionen, existiert für nicht-rationale Funktionen kein allgemeines Rechenverfahren um die unbestimmten Integrale zu berechnen. Zur Lösung diese Problems greift man auf bisher erlernte "Werkzeuge" zurück. Durch Substituieren  lässt sich der Integrand rationalisieren und nach Bedarf anschließend mittels Partialbruchzerlegung integrieren. Ein derartiger Fall wird im Folgenden anhand einer Wurzelfunktion exemplarisch ...
  30. Partielle Integration bei bestimmten Integralen
    Integralrechnung > Bestimmte Integrale > Partielle Integration bei bestimmten Integralen
    ... \mathbb{R}$  zwei stetig differenzierbare Funktionen, dann gilt:$\int\limits_a^b u´ \cdot v \ dx = [u \cdot v]_a^b - \int\limits_a^b u \cdot v´ \ dx$Gegeben sei das bestimmte Integral:  $\int\limits_0^1 e^x \ x \ dx$.Es gilt:$u´ = e^x \to u = e^x$$v = x \to v´ = 1$$\int\limits_0^1 e^x \cdot x \ dx = [e^x \cdot x]_0^1 - \int\limits_0^1 e^x \ dx$$= [e^x \cdot x]_0^1 -[e^x]_0^1 = e - 0 - (e - 1) = 1$Gegeben sei das bestimmte Integral:  $\int\limits_0^1 ...
Analysis und Lineare Algebra
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Analysis und Gewöhnliche Differentialgleichungen

  1. Kurseinführung
    Darstellungsarten ebener Kurven > Kurseinführung
    ... im ebenen Raum und mehrdimensionalen Raum, Funktionen mehrerer Veränderlicher sowie der gewöhnlichen Differentialrechnung einzuarbeiten. Zu Beginn des Kurses werden wir Sie mit den Grundlagen der Darstellungsarten ebener Kurven vertraut machen. Anschließend werden wir Schritt-für-Schritt auf die oben genannten Themen eingehen. Die einzelnen Kurstexte sind übersichtlich gestaltet und mit einer Vielzahl an Grafiken und Beispielen versehen. Außerdem werden ...
  2. Implizite und explizite Darstellung
    Dieser Text ist als Beispielinhalt frei zugänglich!
    Darstellungsarten ebener Kurven > Implizite und explizite Darstellung
    Implizite Darstellung eines Kreises
    ... von Ellipsen oder Kreisen nicht mehrere Funktionen aufgestellt werden müssen, kann man diese auch in impliziter Form angeben.Implizite DarstellungBei der impliziten Darstellungsform ist die Funktion nicht nach einer der beiden Variablen aufgelöst. Die Funktion wird als Menge aller Nullstellen von $F$ angegeben und hat die Form:$F(x,y) = 0 $.Mit Hilfe der impliziten Darstellung können auch Ellipsen und Kreise dargelegt werden.AnwendungsbeispieleUm einen Kreis abzubilden, ...
  3. Kurveneigenschaften im mehrdimensionalen Raum
    Kurveneigenschaften im mehrdimensionalen Raum
    Spirale im Raum
    ... Punkt im Raum mit drei stetig differenzierbaren Funktionen $\ x\ ,y\ ,z $ abgebildet. $\alpha (t) = \begin{pmatrix} x(t) \\ y(t) \\ z(t) \end{pmatrix}$, wobei $\alpha $ für die Raumkurve steht.Eine Spirale im Raum hat beispielsweise die Parameterdarstellung:$\alpha (t) = \begin{pmatrix} 2 \cos (t) \\ 4 \sin (t) \\ 0,5 t \end{pmatrix} \; ; 0 \le t \le 6\pi$Grafische DarstellungGrafisch sieht das wie folgt aus:Spirale im Raum
  4. Funktionen mehrerer Veränderlicher
    Funktionen mehrerer Veränderlicher
    Funktion mit mehreren Vernderlichen
    Reellwertige Funktionen mit mehreren Veränderlichen sind in der Mathematik von großer Bedeutung, da sich beinahe sämtliche Problemstellungen aus Wirtschaft und Wissenschaft nicht anhand von Funktionen mit nur einer Variablen lösen lassen. Eine reellwertige Funktion mit $n$ Veränderlichen ist eine Abbildung der Form$\ f : P = (x_1,x_2,.....,x_n) \in D \subseteq \mathbb{R}^n \rightarrow y = f (P) \in \mathbb{R}$.Die $\ x_i ( i = 1,2,....n) $ sind unabhängige Veränderliche. ...
  5. Stetigkeit und Unstetigkeit
    Funktionen mehrerer Veränderlicher > Stetigkeit und Unstetigkeit
    Wie bei Funktionen mit einer Variablen kann auch für Funktionen mit mehreren Variablen die Stetigkeit definieren. Man kann dies aus der bereits in "Höhere Mathematik I" erlernten Definition ableiten:Eine Funktion  $f$  mit  $x \in D_f$  heißt an der Stelle  $(x_0, y_0)$  stetig, wenn$(x_0, y_0) \in D_f$$\lim\limits_{(x,y) \rightarrow (x_0,y_0)}  f(x,y)  = G$   mit  $G \in \mathbb{R}^2$$G = f(x_0, y_0)$.In Worten: Eine Funktion ...
  6. Partielle Ableitung
    Funktionen mehrerer Veränderlicher > Partielle Ableitung
    ... mathematisch modelliert. Es ergeben sich Funktionen von mehreren reellen Variablen. Um jedoch aus diesem Modell die Funktion einer Veränderlichen zu erhalten ist es notwendig sich auf einen der Parameter zu konzentrieren, der als unabhängige Variable angesehen wird und alle übrigen Parameter als konstant anzusehen. Dieses Vorgehen nennt man auch Ceteris Paribus. Jedoch kann anhand des Verhalten einer Variable nichts über die Gesamtwirkung gesagt werden, wodurch ...
  7. Partielle Ableitung erster Ordnung
    Funktionen mehrerer Veränderlicher > Partielle Ableitung > Partielle Ableitung erster Ordnung
    ... partiellen Ableitungen sind wieder Funktionen der unabhängigen Variablen. Differenziere die folgende Funktion partiell nach $x$ und $y$:$\ z = 3x^2 - 4xy + 3y^3 $Die Partielle Ableitung erster Ordnung nach $\ x$ ist : $\frac{\partial z}{\partial x} = 6x - 4y $.Die Partielle Ableitung erster Ordnung nach $\ y$ ist : $\frac{\partial z}{\partial y} = - 4x + 9y^2 $.Da bei der partiellen Ableitung nach $\ x$ die Therme ohne $\ x$ als Konstanten gelten, fallen sie beim Ableiten ...
  8. Richtungsableitung
    Funktionen mehrerer Veränderlicher > Richtungsableitung
    ... - was ist das?Haben wir zum Beispiel Funktionen mit nur einer Variablen (z.B. $f(x)$) gegeben, so gibt die Ableitung $f'(x_0)$ an der Stelle $x_0$ an, wie sich der Funktionswert verändert, wenn von der Stelle $x_0$ aus einen kleinen Schritt nach links oder nach rechts gehen. Wir bewegen uns also in Richtung der $x$-Achse.Haben wir nun aber eine Funktion mit mehreren Variablen gegeben (z.B. $f(x,y)$), so gibt die partielle Ableitung $f'(x_0, y_0)$ an der Stelle $P = (x_0, y_0)$ an, ...
  9. Kettenregel
    Funktionen mehrerer Veränderlicher > Kettenregel
    Exkurs Höhere Mathematik 1Funktionen, deren Argumente erneut Funktionen sind, lassen sich differenzieren. Man differenziert dabei kettenartig, also zunächst nach dem Argument und multipliziert das Ergebnis mit der Ableitung des Arguments nach der gesuchten Variablen.Die Kettenregel für  $ y = F_1 (F_2) $ mit $ F_2 = F_2 (x) $  lautet $\frac{d_y}{d_x} = \frac{d F_1 ( F_2)}{d F_2} \cdot {d F_2 (x)}{dx} $ . Bei Funktionen mehrerer Veränderlicher wird die Kettenregel ...
  10. Extremwerte
    Funktionen mehrerer Veränderlicher > Extremwerte
    Sollen in der Mathematik Extremwerte von Funktionen mit mehreren Veränderlichen bestimmt werden, unterscheidet man zwischen Extremwerten mit und ohne Nebenbedingungen. Die zur Bestimmung von Extremwerten notwendige Bedingung ist, dass alle 1. partiellen Ableitungen der Veränderlichen Null sein müssen. Denn selbst wenn bei n= 100 Veränderlichen nur eine 1. partielle Ableitung ungleich Null ist, existiert eine, vielleicht auch nur minimale, positive oder negative Steigung, womit ...
  11. Extremwerte mit Nebenbedingungen
    Funktionen mehrerer Veränderlicher > Extremwerte > Extremwerte mit Nebenbedingungen
    ... kommen wir zur Bestimmung von Extremwerten von Funktionen, welche an Nebenbedingungen gebunden sind. Zur Lösung dieses mathematischen Problems können zwei verschiedene Vorgehensweisen gewählt werden. Das erste und einfachere Verfahren ist das Einsetzen. Hierbei ist es möglich die Nebenbedingung $\ G(x,y)= 0 $ derart in die Funktion $\ w = f(x,y) $ einzusetzen, dass eine der Variablen wegfällt und man anschließend nur noch die Funktion anhand einer Veränderlichen ...
  12. Verfahren von Lagrange
    Funktionen mehrerer Veränderlicher > Extremwerte > Extremwerte mit Nebenbedingungen > Verfahren von Lagrange
    ... auch problemlos nach dem gleichen Schema auf Funktionen mit mehr als 2 Veränderlichen anwenden. Bei z.B. Funktionen mit 3 Veränderlichen unter einer Nebenbedingung erhält man am Ende eine Funktion mit 2 Veränderlichen, welche dann nach dem Schema im Kapitel "Extrempunkte ohne Nebenbedingung" gelöst werden kann.
  13. Differentialgleichungen mit getrennten Variablen
    Gewöhnliche Differentialgleichungen > Integrable Typen von Differentialgleichungen erster Ordnung > Differentialgleichungen mit getrennten Variablen
    ... sich in der Lösungsgesamtheit alle Funktionen $ y = y(x) $, die sich aus $ \int \frac{dy}{g(y)} = \int f(x) \; dx$, $ g(y) \not= 0 $ in impliziter Form ergeben. Anwendungsbeispiel: TDVLösen Sie die Differentialgleichung $y' = -2x(y^2 - y) $ mit Hilfe der "Trennung der Veränderlichen"-Methode!0. Zerlegung der Veränderlichen Es handelt sich um eine Funktion der Form: $y' = f(x) \cdot g(y)$mit  $ f(x) = -2x $ und $ g(y) = y^2-y $1. Bestimmung der Nullstellen ...
  14. Exakte Differentialgleichung
    Gewöhnliche Differentialgleichungen > Integrable Typen von Differentialgleichungen erster Ordnung > Exakte Differentialgleichung
    ... wird. Es müssen sich dann zwei identische Funktionen ergeben.Wenn die Exaktheitsbedingung stimmt, dann gibt es Potential $\psi$, so dass$\psi_x = M$   und   $\psi_y = N$mit$\psi (x,y) = \int \psi_x \; dx + I(y)$   |mit $I(y)$ als Integrationskonstante, die von $y$ abhängig ist.Anwendungsbeispiel: Exakte DifferentialgleichungLöse die Differentialgleichung: $2x + 5 + (2y + 5)y´= 0$$p(x,y) = M = 2x + 5$$q(x,y) = N = 2y + 5$1.) Auf Exaktheit überprüfen:$M_y ...
  15. Differentialgleichung höherer Ordnung
    Gewöhnliche Differentialgleichungen > Differentialgleichung höherer Ordnung
    ... (x)y = g(x), x \in \mathbb{I}$.Die Koeffizientenfunktionen $ a_k (x) $ sowie die Störfunktion $ g(x) $ sind beide auf dem Intervall $\mathbb{I} $ stetig.Ist die Störfunktion $ g(x) \equiv 0 $ so bezeichnet man diese Differentialgleichung als homogen, ist die Störfunktion hingegen $ g(x) \not\equiv 0 $ so handelt es sich um eine inhomogene Differentialgleichung.Gesamtlösung der homogenen DifferentialgleichungDie Gesamtlösung der homogenen Differentialgleichung ist ein n-dimensionaler ...
  16. Homogene Differentialgleichungen
    Gewöhnliche Differentialgleichungen > Differentialgleichung höherer Ordnung > Homogene Differentialgleichungen
    ... besitzt.Dass $\ a_K (x)$ die Koeffizientenfunktionen darstellen, und dass $\ r(x) $ für die Störfunktion steht, ist auch bekannt. Die Grundvoraussetzung für das Vorliegen einer homogenen linearen Differentialgleichung ist $\ r(x) \equiv 0 $. Daraus ergibt sich die Schlussfolgerung dass die Gesamtlösung der homogenen Differentialgleichung $\ y^{(n)} + a_{n-a}(x)y^{(n-a)} + ..... + a_1(x)y' + a_0 (x)y = 0 $ sein muss. Lösung homogener DifferentialgleichungenZur ...
  17. Homogene Differentialgleichung mit konstanten Koeffizienten
    Gewöhnliche Differentialgleichungen > Differentialgleichung höherer Ordnung > Homogene Differentialgleichung mit konstanten Koeffizienten
    ... liefert.Alle linear unabhängigen Funktionen $ y_1, y_2, ..., y_n $ bilden eine Lösungsbasis der Differentialgleichung. Die allgemeine Lösung ist$ y = c_1y_1 + .... + c_ny_n, c_k \in \mathbb{R} $Nachstehend eine Tabelle mit Nullstellen der charakteristischen Gleichung und die zugehörigen Basislösungen.Nullstellen der charakteristischen GleichungBasislösungen der homogenen Differentialgleichung  $ 1, -2, 3 $$ e^x, e^{-2x}, e^{3x} $$ ...
Analysis und Gewhnliche Differentialgleichungen
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Technische Mechanik 1: Statik

  1. Trigonometrie am rechtwinkligen Dreieck
    Grundlagen der Technischen Mechanik > Trigonometrie am rechtwinkligen Dreieck
    Gegenkathete Ankathete Hypotenuse
    ... Winkel.Winkel berechnenMittels der Winkelfunktionen Sinus, Cosinus und Tangens können nun die Winkel $\alpha$ bzw. $\beta$ berechnet werden, wenn die Längen von zwei Seiten gegeben sind. WinkelfunktionenWir beziehen uns auf den Winkel $\alpha$. Die Winkelfunktionen gelten natrürlich ebenfalls für den Winkel $\beta$, es muss eben nur darauf geachtet werden, dass Ankathete und Gegenkathe dann anders definiert sind. $\sin(\alpha) = \frac{\text{Gegenkathete}}{\text{Hypotenuse}}$$\cos(\alpha) ...
Technische Mechanik 1: Statik
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