| 1. |
Zahlbereiche und ihre Eigenschaften
|
| 1.1 |
Natürliche Zahlen |
| 1.2 |
Ganze Zahlen |
| 1.3 |
Rationale Zahlen |
| 1.4 |
Reelle Zahlen |
| 1.4.1 |
Axiome der Addition |
| 1.4.2 |
Axiome der Multiplikation |
| 1.4.3 |
Axiome der Ordnung |
| 1.4.4 |
Archimedisches Axiom |
| 1.4.5 |
Axiom der Vollständigkeit |
| 1.4.6 |
Dreiecksungleichung |
| 1.5 |
Komplexe Zahlen |
| 1.5.1 |
Schreibweisen |
| 1.5.2 |
Moivre'sche Formel |
| 1.6 |
Das Prinzip der vollständigen Induktion |
| 1.6.1 |
Induktionsanfang |
| 1.6.2 |
Induktionsvoraussetzung |
| 1.6.3 |
Induktionsschluß |
| 1.6.4 |
Beispiel: Bernoullische Ungleichung |
| 1.7 |
Fakultät, Binomialkoeffizient, Binomischer Lehrsatz |
| 1.7.1 |
Fakultät |
| 1.7.2 |
Binomialkoeffizient |
| 1.7.3 |
Binomischer Lehrsatz |
| 1.7.4 |
Pascal'sches Dreieck |
| 1.8 |
Der Fundamentalsatz der Algebra |
|
|
| 2. |
Vektorrechnung, analytische
Geometrie, lineare Gleichungssysteme |
| 2.1 |
Vektorrechnung, analytische Geometrie |
| 2.1.1 |
Vektorielle Addition |
| 2.1.2 |
Skalarprodukt |
| 2.1.3 |
Länge des Vektors a |
| 2.1.4 |
Schwarzsche Ungleichung |
| 2.1.5 |
Orthogonale Projektion von a auf b |
| 2.1.6 |
Winkel zwischen zwei Vektoren a und b |
| 2.1.7 |
Raumprodukt (Spatprodukt) |
| 2.1.8 |
Vektorprodukt (Kreuzprodukt) |
| 2.1.9 |
Vektorielle Darstellung einer Geraden in
Punkt-Richtungsform. |
| 2.1.10 |
Vektorielle Darstellung einer Geraden in Hesseform |
| 2.1.11 |
Vektorielle Darstellung einer Geraden in Hesse-Normalenform |
| 2.1.12 |
Plückerform einer Geraden im dreidimensionalen Raum |
| 2.1.13 |
Darstellung einer Ebene in PunktRichtungsform |
| 2.1.14 |
Darstellung einer Ebene in Hesseform |
| 2.1.15 |
Darstellung einer Ebene in HesseNormalenform. |
| 2.1.16 |
Umrechnungformeln der Ebenenformen |
| 2.1.17 |
Graßmannscher Entwicklungssatz |
| 2.1.18 |
Identität von Lagrange |
| 2.2 |
Lineare Gleichungssysteme |
| 2.2.1 |
Allgemeines Lösungsverfahren |
| 2.2.2 |
Der Gauß'sche Algorithmus |
| 2.2.3 |
Die Cramersche Regel |
|
|
| 3. |
Matrizen, Matrixalgebra |
| 3.1 |
Beispiele für (m,n)-Matrizen |
| 3.1.1 |
(n,n)-Einheitsmatrix |
| 3.1.2 |
(m,n)-Matrix |
| 3.2 |
Rechnen mit Matrizen |
| 3.2.1 |
Addition zweier Matrizen A und B,
Multiplikation mit einer Konstanten k |
| 3.2.2 |
Transponieren einer (n,n)-Matrix |
| 3.2.3 |
Verkettung von Matrizen, Matrixmultiplikation |
| 3.2.4 |
Matrixinversion quadratischer Matrizen |
| 3.2.5 |
Rang einer Matrix |
| 3.2.6 |
Lösung einfacher Matrixgleichungen |
| 3.2.7 |
Rechenregeln für Determinanten |
| 3.3 |
Eigenwerte und Eigenvektoren |
|
|
| 4. |
Folgen und Reihen |
| 4.1 |
Folgen |
| 4.1.1 |
Teilfolge |
| 4.1.2 |
Konvergenz |
| 4.1.3 |
Divergenz |
| 4.1.4 |
Beschränkte Folgen |
| 4.1.5 |
Monotonie |
| 4.1.6 |
Eulersche Zahl |
| 4.1.7 |
Konvergenzkriterium von Cauchy |
| 4.1.8 |
Rekursiv definierte Folgen |
| 4.1.9 |
Regeln bei Grenzwertbestimmungen |
| 4.1.10 |
Alternierende Folgen |
| 4.2 |
Unendliche Reihen |
| 4.2.1 |
Cauchy-Kriterium für Reihen |
| 4.2.2 |
Majoranten- und Minorantenkriterium |
| 4.2.3 |
Die geometrische Reihe |
| 4.2.4 |
Quotientenkriterium |
| 4.2.5 |
Wurzelkriterium |
| 4.2.6 |
Konvergenzkriterium von Leibniz für alternierende Reihen |
| 4.2.7 |
Cauchy-Produnkt, Satz von Mertens |
|
|
|
|
| 5. |
Funktionen, Grenzwerte und Stetigkeit
|
| 5.0.1 |
n-dimensionale Funktionen |
| 5.0.2 |
Darstellung einer n-dimensionalen Funktion |
| 5.1 |
Grenzwerte |
| 5.1.1 |
Übertragungsprinzip für Grenzwerte von Funktionen |
| 5.1.2 |
Linksseitiger Grenzwert, rechtsseitiger Grenzwert |
| 5.1.3 |
Uneigentlicher Grenzwert |
| 5.1.4 |
Steigkeit von Funktionen |
| 5.2 |
Eigenschaften stetiger Funktionen |
| 5.2.1 |
Extremwertsatz von Weierstraß |
| 5.2.2 |
Monotonie stetiger Funktionen |
|
|
| 6. |
Differentialrechnung |
| 6.0.1 |
Tangente |
| 6.0.2 |
Limes des Differenzenquotienten, Ableitung der Funktion f
an der Stelle x |
| 6.0.3 |
Differenzierbarkeit |
| 6.1 |
Ableitungsregeln |
| 6.1.1 |
Faktorsatz |
| 6.1.2 |
Summenregel |
| 6.1.3 |
Produktregel |
| 6.1.4 |
Quotientenregel |
| 6.1.5 |
Kettenregel |
| 6.2 |
Ableitungen von reellwertigen Funktionen mehrerer
Veränderlicher und von vektorwertigen Funktionen |
| 6.2.1 |
Vektorwertige Funktionen und deren Ableitung |
| 6.2.2 |
Partielle Ableitung |
| 6.2.3 |
Totale Ableitung |
| 6.2.4 |
Gradient |
| 6.2.5 |
Partielle Ableitung einer vektorwertigen Funktion |
| 6.2.6 |
Ableitungsregeln für vektorwertige Funktionen |
|
|
| 7. |
Potenzreihen |
| 7.1 |
Exponentialfunktion und Logarithmus |
| 7.1.1 |
(komplexe) Exponentialfunktion |
| 7.1.2 |
reelle Exponentialfunktion |
| 7.1.3 |
natürlicher Logarithmus |
| 7.1.4 |
reelle Exponentialfunktion zur Basis a |
| 7.1.5 |
Logarithmus zur Basis a |
| 7.1.6 |
Ableitungen der Exponentialfunktionen |
| 7.1.7 |
Ableitungen der Logarithmusfunktionen |
| 7.1.8 |
Wichtige Eigenschaften der Exponentialfunktion |
| 7.1.9 |
Wichtige Eigenschaften der Logarithmusfunktion |
| 7.1.10 |
Die Graphen von ex
und ln(x) |
| 7.2 |
Trigonometrische Funktionen |
| 7.2.1 |
Sinusfunktion |
| 7.2.2 |
Cosinusfunktion |
| 7.2.3 |
Wichtige Eigenschaften der Sinus-und Cosinusfunktion |
| 7.2.4 |
Die Graphen von sin(x), cos(x), Arcsin(x)
und Arccos(x) |
| 7.2.5 |
Reelle Tangensfunktion, reelle Cotangensfunktion |
| 7.2.6 |
Die Graphen von tan(x), cot(x), arctan(x)
und arccot(x) |
| 7.2.7 |
Umkehrfunktionen der trigonometrischen Funktionen |
| 7.3 |
Hyperbolische Funktionen |
| 7.3.1 |
Sinus hyperbolicus |
| 7.3.2 |
Cosinus hyperbolicus |
| 7.3.3 |
Schreibweise in Exponentialform |
| 7.3.4 |
Symmetrie-Eigenschaften |
| 7.3.5 |
Additionstheoreme |
| 7.3.6 |
Zusammenhang mit der sin- bzw. cos-Funktion |
| 7.3.7 |
Moivresche Formel |
| 7.3.8 |
Ableitungen |
| 7.3.9 |
Grenzwerte |
| 7.3.10 |
Umkehrfunktionen |
| 7.3.11 |
Die Graphen von sinh(x), cosh(x), arsinh(x)
und arcosh(x) |
| 7.3.12 |
Reeller Tangens hyperbolicus und Cotangens hyperbolicus |
| 7.3.13 |
Umkehrfunktionen |
| 7.3.14 |
Die Graphen von tanh(x), coth(x), artanh(x)
und arcoth(x) |
|
|
| 8. |
Anwendung der Differentialrechnung
|
| 8.1 |
Der Mittelwertsatz und einfache Anwendungen |
| 8.1.1 |
Satz von Rolle |
| 8.1.2 |
Erster Mittelwertsatz der Differentialrechnung |
| 8.1.3 |
Addition einer Konstanten |
| 8.1.4 |
Regel von l'Hospital für den Fall  |
| 8.1.5 |
Regel von l'Hospital für den Fall  |
| 8.1.6 |
Grenzwerte anderer Formen |
| 8.2 |
Taylorformel und Taylorreihe bei Funktionen einer
Veränderlicher |
| 8.2.1 |
Taylorformel |
| 8.2.2 |
Taylorreihe, MacLaurin-Reihe |
| 8.3 |
Kurvendiskussion |
| . |
Vorgehensweise |
| 8.3.1 |
Asymptote |
| 8.3.2 |
Konvexität, Konkavität |
| 8.4 |
Satz von Taylor für Funktionen mehrerer
Veränderlicher, Anwendungen auf Extremwertaufgaben |
| 8.4.1 |
Taylorsche Reihe für Funktionen zweier Veränderliche |
| 8.4.2 |
Taylorsche Reihe für Funktionen von m
Veränderlichen |
| 8.4.3 |
Relative und absolute Extrema |
| 8.4.4 |
Hinreichende Bedingung für strenge relative Extrema |
| 8.4.5 |
Satz über implizite Funktionen |
| 8.4.6 |
Die Lagrangesche Multiplikatorregel |
| 8.5 |
Fehler- und Ausgleichsrechnung |
| 8.5.1 |
Das Fehlerfortpflanzungsgesetz |
| 8.5.2 |
Arithmetischer Mittelwert, Streuung |
|
|
| 9. |
Integralrechnung |
| 9.1 |
Definition der Stammfunktion |
| 9.1.1 |
Stammfunktion F(x) |
| 9.1.2 |
Hauptsatz der Differential- und Integralrechnung |
| 9.2 |
Eigenschaften und Anwendungen von Integralen |
| 9.2.1 |
Bogenlänge eine Raumkurve |
| 9.2.2 |
Wichtige Eigenschaften von Riemann-Integralen. |
| 9.3 |
Integrationsmethoden |
| 9.3.1 |
Addition der Null |
| 9.3.2 |
Die Ableitung der Funktion tritt im Integranden auf |
| 9.3.3 |
Die Substitutionsmethode |
| 9.3.4 |
Partielle Integration |
| 9.3.5 |
Integration rationaler Funktionen (Partialbruchzerlegung) |
| 9.3.6 |
Integration rationaler Funktionen von sin und cos |
| 9.3.7 |
Integration rationaler Funktionen von sinh und cosh |
| 9.3.8 |
Integration von Potenzreihen |
| 9.3.9 |
Rotationskörper |
| 9.4 |
Integrale bei Funktionen mehrerer Veränderlicher |
| 9.4.1 |
Zweidimensionale Integrale |
| 9.4.2 |
Dreidimensionale Integrale |
| 9.4.3 |
Masse m und Schwerpunkt eines Körpers |
| 9.5 |
Uneigentliche Integrale |
| 9.5.1 |
Konvergentes uneigentliches Integral |
| 9.5.2 |
Vergleichskriterium für uneigentliche Integrale |
| 9.5.3 |
Integralkriterium |
| 9.6 |
Parameterabhängige Integrale |
| 9.6.1 |
Stetigkeit von Parameterintegralen |
| 9.6.2 |
Leibnizregel |
| 9.7 |
Integration durch Reihenentwicklung, spezielle
nichtelementare Funktionen............... |
| 9.7.1 |
Die Gammafunktion oder das Eulersche Integral zweiter Ordnung. |
| 9.7.2 |
Eulersche Konstante C |
| 9.7.3 |
Integralsinus |
| 9.7.4 |
Integralcosinus |
| 9.7.5 |
Integralexponentialfunktion |
| 9.7.6 |
Integrallogarithmus |
| 9.7.7 |
Gauß'sches Fehlerintegral |
| 9.8 |
Literaturhinweise zu Integralen |
| 9.8.1 |
Bronstein / Semendjajew / Musiol / Mühlig: Taschenbuch der
Mathematik |
| 9.8.2 |
Unbestimmte Integrale |
|
|
| 10. |
Tensoren, Quadratische Formen
|
| 10.0 |
Allgemeine Grundlagen |
| 10.0.1 |
Linearitätseigenschaft einer Abbildung |
| 10.0.2 |
Eigenwerte und Eigenvektoren |
| 10.1 |
Tensoren, Koordinatendarstellungen |
| 10.1.1 |
Geometrischer Tensor |
| 10.1.2 |
Tensor |
| 10.1.3 |
Vektorprodukt |
| 10.1.4 |
Projektionstensor |
| 10.1.5 |
Dyadisches Produkt zweier Vektoren |
| 10.1.6 |
Spiegelungstensor |
| 10.1.7 |
Drehtensor |
| 10.1.8 |
Eulersche Drehmatrizen |
| 10.1.9 |
Verkettung der Eulerschen Drehmatrizen |
| 10.1.10 |
Beispiele für Tensoren in Physik und Technik |
| 10.1.11 |
Koordinatendarstellung der Translation von Vektoren |
| 10.1.12 |
Orthogonale Transformation |
| 10.2 |
Das Normalformproblem von Bilinearformen |
| 10.2.1 |
Hyperfläche 2. Grades oder Quadrik |
| 10.2.2 |
Mittelpunkt einer Quadrik |
| 10.2.3 |
Normalform einer Quadrik |
| 10.2.4 |
Allgemeine Vorgehensweise bei der Klassifikation von
Quadriken |
|
|
| 11. |
Krummlinige Koordinaten,
Transformationsformel |
| 11.1 |
Krummlinige Koordinaten, Jacobideterminante |
| 11.1.1 |
Krummlinige Koordinaten |
| 11.1.2 |
Jacobideterminante |
| 11.2 |
Transformationsformeln |
| 11.2.1 |
Polarkoordinaten |
| 11.2.2 |
Zylinderkoordinaten |
| 11.2.3 |
Kugelkoordinaten |
| 11.2.4 |
Laplace-Operator D |
| 11.2.5 |
Transformationsformel |
|
|
| 12. |
Gewöhnliche Differentialgleichungen
|
| 12.1 |
Bezeichnungen, Richtungsfeld |
| 12.1.1 |
Gewöhnliche Differentialgleichung |
| 12.1.2 |
Richtungsfeld, Isokline |
| 12.1.3 |
Lösungen |
| 12.1.4 |
Anfangswertproblem |
| 12.1.5 |
Satz von Picard-Lindelöf |
| 12.2 |
Differentialgleichungen erster Ordnung |
| 12.2.1 |
Form, Anfangsbedingung |
| 12.2.2 |
Homogene Differentialgleichung |
| 12.2.3 |
Inhomogene Differentialgleichung |
| 12.2.4 |
Allgemeine Lösung |
| 12.2.5 |
Trennung der Variablen |
| 12.3 |
Bernoulli'sche Differentialgleichungen |
| 12.3.1 |
Form |
| 12.3.2 |
Lösungsansatz |
| 12.4 |
Differentialgleichungen n-ter Ordnung und Systeme
erster Ordnung |
| 12.4.1 |
Form von Systemen von Differentialgleichungen erster
Ordnung |
| 12.4.2 |
Form von Differentialgleichungen n-ter Ordnung |
| 12.4.3 |
Lösungsansatz |
| 12.4.4 |
Allgemeine Lösung |
| 12.4.5 |
Literaturhinweis |
| 12.5 |
Lineare Differentialgleichungs-Systeme erster Ordnung |
| 12.5.1 |
Lineares Differentialgleichungs-System erster Ordnung |
| 12.5.2 |
Lineare Abhänigkeit, lineare Unabhängigkeit von Lösungen |
| 12.5.3 |
Anzahl linear unabhängiger Lösungen |
| 12.5.4 |
Fundamentalsystem (FS), Fundamentalmatrix,
Übertragungsmatrix |
| 12.5.5 |
Wronski-Determinante eines homogenen linearen DGL-Systems |
| 12.5.6 |
Lösungsverfahren für lineare
Differentialgleichungs-Systeme erster Ordnung |
| 12.5.7 |
Allgemeine Lösung eines gegebenen Anfangswertproblems |
| 12.6 |
Lineare Differentialgleichungen n-ter Ordnung |
| 12.6.1 |
Lineare Differentialgleichungen n-ter Ordnung |
| 12.6.2 |
Umformung in DGL-System erster Ordnung |
| 12.6.3 |
Fundamentalsystem |
| 12.6.4 |
Aufstellen eines Fundamentalsystems |
| 12.6.5 |
Fundamentalmatrix, Übertragungsmatrix |
| 12.6.6 |
Wronski-Determinante |
| 12.6.7 |
Allgemeines Lösungsverfahren |
| 12.6.8 |
Tabelle zur Lösungsbasis von linearen homogenen
Differentialgleichungen zweiter Ordnung mit konstanten Koeffizienten |
| 12.7 |
Eulersche Differentialgleichungen |
| 12.7.1 |
Form Eulerscher Differentialgleichungen |
| 12.7.2 |
Allgemeines Lösungsverfahren |
| 12.7.3 |
Spezielle Eulersche Differentialgleichungen zweiter Ordnung |
| 12.8 |
Rand- und Eigenwertprobleme |
| 12.8.1 |
Begriff des Randwertproblems (RWP) |
| 12.8.2 |
Begriff des Eigenwertproblems bei Differentialgleichungen |
| 12.9 |
Autonome Differentialgleichungen 2.Ordnung |
| 12.9.1 |
Form, Anfangswerte |
| 12.9.2 |
Äquivalentes DGL-System erster Ordnung |
| 12.9.3 |
Singuläre Punkte |
| 12.9.4 |
Phasenkurve (PK) |
| 12.9.5 |
Bestimmung der Phasenkurve, Lösen von Anfangswertproblemen |
| 12.9.6 |
Spezielle autonome Differentialgleichungen 2. Ordnung |
| 12.9.7 |
Lösungsverfahren der speziellen Differentialgleichung |
| 12.9.8 |
Autonome Differentialgleichungs-Systeme |
| 12.9.9 |
Klassifizierung von singulären Punkten, Phasenportraits |
|
|
| 13. |
Fourierreihen |
| 13.1 |
Trigonometrische Polynome und minimale Integralmittel |
| 13.1.1 |
Periodizität |
| 13.1.2 |
Trigonometrisches Polynom n-ten Grades |
| 13.1.3 |
Primäre Problemstellung |
| 13.1.4 |
Integralmittel |
| 13.1.5 |
Fourierkoeffizienten (FK) |
| 13.1.6 |
Unterscheidung bei geraden und ungeraden Funktionen |
| 13.1.7 |
Konvergenz |
| 13.1.8 |
Fourierreihe |
| 13.1.9 |
Dirichlet-Term |
| 13.1.10 |
Fourierreihenentwicklungen einiger 2p - periodischer
Funktionen |
| 13.2 |
Eine Anwendung auf die Saitenschwingung |
| 13.2.1 |
Zugehöriges Randwertproblem |
| 13.2.2 |
Separierte Differentialgleichungen |
| 13.2.3 |
Ermittlung der Eigenfunktionen |
| 13.2.4 |
Lösung der Differentialgleichung |
| 13.2.5 |
Fourierreihen von f bzw. g |
|
|
| 14. |
Kurven und Flächen |
| 14.1 |
Kurven im und  |
| 14.1.1 |
Parameterdarstellung eines Kurvenbogens,
Parametertransformation |
| 14.1.2 |
Spezielle zulässige Parametertransformation auf
"Bogenlänge" |
| 14.1.3 |
Tangentenvektor, Normalenvektor und Krümmung einer Kurve
im  |
| 14.1.4 |
Begleitendes Dreibein einer Kurve im  |
| 14.1.5 |
Frenetsche Formeln |
| 14.1.6 |
Bezüglich der Zeit parametrisierte Kurven im |
| 14.2 |
Einführung in die lokale Theorie der Flächen im  |
| 14.2.1 |
Parameterdarstellung eines Flächenstückes,
Parametertransformation |
| 14.2.2 |
Kurven auf Flächen |
| 14.2.3 |
Koeffizienten der 1. Fundamentalform |
| 14.2.4 |
Eigenschaften, Anwendungen |
| 14.2.5 |
Flächen in expliziter Form |
|
|
| 15. |
Kurven- und Oberflächenintegrale
|
| 15.1 |
Orientierte und nicht orientierte Kurvenintegrale |
| 15.1.1 |
Orientiertes Kurvenintegral |
| 15.1.2 |
Nicht orientiertes Kurvenintegral |
| 15.1.3 |
Eigenschaften von Kurvenintegralen, Rechenregeln |
| 15.1.4 |
Potential eines Vektorfeldes |
| 15.1.5 |
Sternförmiges Gebiet |
| 15.2 |
Orientierte und nicht orientierte
Oberflächenintegrale |
| 15.2.1 |
Orientiertes Oberflächenintegral |
| 15.2.2 |
Nicht orientiertes Oberflächenintegral |
| 15.2.3 |
Rechenregeln |
| 15.2.4 |
Explizit gegebene Funktionen |
|
|
| 16. |
Integralsätze und Vektoranalysis
|
| 16.1 |
Satz von Gauß in Ebene und Raum |
| 16.1.1 |
Divergenz eines Vektorfeldes |
| 16.1.2 |
Satz von Gauß in der Ebene |
| 16.1.3 |
Satz von Gauß im Raum |
| 16.1.4 |
Fluß von durch  |
| 16.1.5 |
Zirkulation von Vektorfeldern |
| 16.2 |
Satz von Stokes |
| 16.2.1 |
Rotation eines Vektorfeldes |
| 16.2.2 |
Satz von Stokes |
| 16.2.3 |
Vektorpotential |
| 16.3 |
-(Nabla)-Rechnung |
| 16.3.1 |
-Operator |
| 16.3.2 |
Rechenregeln |
| 16.4 |
Der Green'sche Integralsatz. |
| 16.4.1 |
Green'scher Integralsatz |
| 16.4.2 |
Anwendung |
| 16.5 |
Exakte Differentialgleichungen |
| 16.5.1 |
Exakte Differentialgleichungen |
| 16.5.2 |
Exakte Differentialgleichungen in sternförmigen Gebieten |
| 16.5.3 |
Spezielle Vektorpotentiale |
| 16.5.4 |
Singuläre Punkte von exakten Differentialgleichungen |
| 16.5.5 |
Integrierender Faktor m(x,y) |
| 16.5.6 |
Bestimmung von integrierenden Faktoren für bestimmte
Differentialgleichungen |
| 16.5.7 |
Implizite Lösungen von nicht exakten
Differentialgleichungen |
|
|
| A. |
Anhang: Tabellen und Kurzreferenzen
|
| A.1 |
Trigonometrische Funktionswerte an besonderen Winkeln |
| A.2 |
Zusammenhänge der trigonometrischen Funktionen |
| A.3 |
Additionstheoreme der trigonometrischen Funktionen |
| A.3.1 |
Summe und Differenz |
| A.3.2 |
Vielfache |
| A.3.3 |
Potenzen |
| A.3.4 |
Einheitskreis |