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Jörn Loviscach

MAI Mathematik für Informatiker
alias Math. Grundlagen der Informatik

Pflichtvorlesung für das Vordiplom im Diplomstudiengang Medieninformatik
Teil eines Pflichtmoduls für den Bachelor Digitale Medien (Richtung Medieninformatik)

Donnerstag, 8.00-9.30 Uhr, Raum I116
Donnerstag, 11.30-13.00 Uhr, Raum I032b
Abweichungen siehe unten

Lernziele

Prüfungsleistungen

Diplom: eine Klausur nach dem zweiten Semester über Algebra, Lineare Algebra, eindimensionale Analysis und die jeweilige Numerik, eine weitere Klausur nach dem dritten Semester (8 SWS) über mehrdimensionale Analysis, Funktionstransformationen, Differentialgleichungen, Stochastik und die jeweilige Numerik.

Bachelor: eine Klausur nach dem zweiten Semester über Algebra, Lineare Algebra, eindimensionale Analysis und die jeweilige Numerik. Die Vorlesung endet danach für Bachelor-Studenten.

Ich biete zwei Klausur-Termine an: Freitag, 12. Juli , Raum I-012, 10 bis 13 h, und Freitag, 4. Oktober; Raum I-012, 14 bis 17 h . Für den Diplom-Studiengang ist der zweite Termin als Wiederholungsprüfung gedacht; Sie können aber auch den ersten Termin auslassen und nur den zweiten Prüfungstermin nutzen, womit Sie aber auf die Möglichkeit zur schnellen Wiederholung verzichten. Für den Bachelor-Studiengang gilt nach dem bisherigen Entwurf der Prüfungsordnung das bessere der Ergebnisse, wenn Sie beide Klausuren mitschreiben.

Beispiele für Klausuren siehe vergangene Semester. Als Folge der Prüfungsordnung für Digitale Medien muss die Klausur dieses Semester aber drei Stunden lang werden. Ich werde noch eine entsprechende Probeklausur bereit stellen.

Hilfsmittel:

Unterrichtsform

Die Vorlesung ist seminaristisch; ich werde also versuchen, den Stoff im Gespräch mit Ihnen zu erarbeiten. Wenn Sie nicht folgen können, bremsen Sie mich sofort, indem Sie nachfragen. Das ist eine strikte Anweisung an Sie, keine freundliche Empfehlung. Sie können davon ausgehen, dass andere Studenten dieselben Probleme haben, das aber nicht kundtun. Um eine Frage zu stellen, müssen Sie sich nicht mit Handzeichen melden. Unterbrechen Sie mich einfach bei der nächstmöglichen Gelegenheit.

Sollten Fragen außerhalb der Vorlesung auftreten, mailen Sie mich einfach an. Meine Reaktionszeit beträgt typischerweise nur wenige Stunden, auch am Wochenende. Wenn Sie Wünsche oder Ideen zu Inhalt und Ablauf haben, lassen Sie es mich wissen. Im Sinne einer formativen Evaluation plane ich außerdem regelmäßige kurze Umfragen und anonyme Tests.

Skript

Meine Unterlagen scanne ich ein und stelle sie nach Möglichkeit vorab zum Download bereit. (Anmerkung: Die Seiten etwa mit pdfTeX und einem Grafikprogramm sauber aufzubereiten, würde mich mehrere Stunden pro Vorlesung kosten. Diese Zeit möchte ich lieber dazu benutzen, mit Ihnen und am Inhalt zu arbeiten.) Eingeschobene Seiten sind nach dem Muster 10, 10a, 10b, 11 nummeriert. Ändere ich Skripte im Nachhinein, insbesondere wegen Fehlern, stelle ich zusätzlich eine kommentierende Datei changes.html in das jeweilige Verzeichnis.

Übungen

Mit Hilfe der Übungsaufgaben sollen Sie lernen, selbstständig an mathematischen Problemen zu arbeiten und Ihre Lösungen (oder Ihre Probleme bei der Suche danach) im Kreis der Mitstudenten zu präsentieren bzw. zu diskutieren. Dazu stelle ich Aufgaben, die Sie außerhalb der Veranstaltungen bearbeiten sollen. Die Aufgaben der Übungen gleichen den Aufgaben der Klausuren und sind damit eine ideale Vorbereitung. 14 Tage vor der Klausur mit "Lernen" anzufangen, ist erwiesenermaßen zwecklos.

Bei Problemen mit den Aufgaben können Sie mich jederzeit anmailen. Oder helfen Sie sich selbst und lösen die Aufgaben z.B. in einer Zwei- oder Vierergruppe. Ich empfehle Ihnen dringend, die Lösungen aufzuschreiben und mir per E-Mail oder auf Papier zur Korrektur zu geben. Sie können mir Lösungen auch im Nachhinein vorlegen, sogar noch in der vorlesungsfreien Zeit. Die Teilnahme an den Übungen und der Erfolg bei abgegebenen Übungsaufgaben hat in dieser Veranstaltung keinen Einfluss auf die Benotung. Wenn Sie wollen, reichen Sie mir die Lösungen anonym ein, auch wenn ich sie nachsehen soll.

Literatur- und Web-Tipps

Bloße Tipps für Unentschlossene, es geht auch ohne Bücher: Welches Medium und welches Lehrmaterial Sie am besten unterstützt, können Sie nur per Selbstversuch feststellen. Dank Internet kommt man im mathematischen Alltag ohne Bücher aus, entsprechende Englischkenntnisse vorausgesetzt. Fragen und Antworten auf Deutsch gibts bei ZahlReich. Nach Themen gegliederte Querverweise zu Vorlesungsmaterialien etc. finden sich in den Mathematics Archives. Aber Vorsicht: Viele Fachbegriffe lauten im Englischen anders, als man erwarten könnte (Übersetzungshilfe).

Software

Zum Betrachten von Funktionskurven und -flächen sowie Ableitungen eignet sich sehr gut das Java-Applet xFunctions. Es führt außerdem die Integration mit Riemannschen Summen vor, erlaubt, mehrere Funktionen zu vergleichen, zeichnet parametrische Kurven und integriert Differentialgleichungssysteme erster Ordnung. Symbolische und numerische Rechnungen samt grafischer Auswertungen beherrscht MuPAD.

Termine

12.03. Di verlegt auf Donnerstag wegen Terminkollision
14.03. Do Wiederholung Lineare Algebra
14.03. Do 11.30-13.00, nachgeholt von Di: verbliebene Übungsaufgaben vom letzten Semester
21.03. Do inhomogene/homogene lineare Gleichungssysteme; so viele Gleichungen wie Unbekannte: Cramersche Regel, inverse Matrix, reguläre/singuläre Matrizen; n Gleichungen und m Unbekannte: Existenz von Lösungen, Bild und Rang einer Matrix, voller Rang
21.03. Do n Gleichungen und m Unbekannte: Eindeutigkeit von Lösungen, zugehöriges homogenes lineares Gleichungssystem, Bild, Rang, Kern; Beispiele: Schnittmengen von Geraden und Ebenen
28.03. Do ditto
28.03. Do Übungen
18.04. Do (Skript siehe Verzeichnis vom 28.03.) Nachteile der Cramerschen Regel; Lösung linearer Gleichungssysteme mit beliebigen Zahlen von Gleichungen und Unbekannten mittels Gaußschem Eliminationsverfahren, Beispiele für leere Lösungmenge und für mehrdeutige Lösungen, numerische Stabilität, Pivotisierung
18.04. Do Komplexe Zahlen und Analytische Geometrie. Drehungen in der Gaußschen Zahlenebene, Exponentialfunktion als unendliches Produkt und als unendliche Reihe, Exponentialfunktion im Komplexen, die Zahlen e und Pi; Winkel im Bogenmaß; Euler-Formel; Sinus, Cosinus
25.04. Do Übungen
25.04. Do Tangens; polare Zerlegung; Additionstheoreme
02.05. Do Periodizität; Arcus-Funktionen; hyperbolische Funktionen; Lösung quadratischer und kubischer Gleichungen; Fundamentalsatz der Algebra
02.05. Do Übungen
09.05. Do Feiertag
16.05. Do Drehungen und Spiegelungen im R2
16.05. Do Reelle eindimensionale Analysis. Folgen, Beschränktheit, Monotonie; Konvergenz und Grenzwerte von Folgen; Rechenregeln
23.05. Do Übungen
23.05. Do mangels Raum verlegt auf 04.06.
30.05. Do Reihen, bedingte und absolute Konvergenz sowie Summe einer unendlichen Reihe, Konvergenzkriterien, Rechenregeln (Skript siehe 23.05.)
30.05. Do Raum 032a: weiter Reihen
04.06. Di 13.30-15.00, Raum 032c: Übungen
06.06. Do weiter Reihen
06.06. Do Funktionen einer reellen Variablen, Nullstelle, Monotonie, Umkehrbarkeit, Umkehrfunktion, elementare Funktionen, reelle Polynome, gebrochenrationale Funktionen, Pole, Asymptoten (Skript siehe 30.05.)
13.06. Do Grenzwerte von Funktionen, Stetigkeit, Rechenregeln für Grenzwerte stetiger Funktionen, Zwischenwertsatz; Minimum, Maximum
13.06. Do Differentiation/Ableitung, Differenzierbarkeit, Rechenregeln für Ableitungen, Ableitungen elementarer Funktionen, mehrfache Differentiation; numerische Differentiation
20.06. Do weiter Ableitung; lokale Extrema, Monotonität, Sattelpunkte, konkave/konvexe Funktionen; Satz von l'Hospital
20.06. Do Übungen
27.06. Do Flächeninhalt, elementare Rechenregeln für Integrale, Integrierbarkeit, bestimmtes Integral, uneigentliches Integral, Hauptsatz der Integral- und Differentialrechnung, Stammfunktion (unbestimmtes Integral), Grundintegrale
27.06. Do Partialbruchzerlegung, partielle Integration, Substitution
04.07. Do Taylor-Reihe; numerische Integration (Trapez, Simpson)
04.07. Do Zusatztermin in I-116, 2. Block: Übungen
04.07. Do Besprechung der Probeklausur