Bøger i Teubner Studienbucher Mathematik serien

In der griechischen Mathematik hat man L~ngen, Fl~chen, Volumina durch das Ausschöpfungsprinzip des EUDOXOS von Knidos (vermutlich 408-355 v. Chr. ) bestimmt: In der Ebene ging man von der Annahme aus, daß die Fläche eines Rechteckes das Produkt seiner Seitenlän­ gen ist, und erhielt durch geschicktes Teilen und Verschieben von Flächenstücken die Flächeninhalte von einfachen Figuren wie Drei­ ecken, Trapezen, Parallelogrammen usw . . Sollte nun die Fläche ei­ ner komplizierteren Figur K, etwa eines Kreises, bestimmt werden, so suchte man zu jeder positiven Zahl e einfache Figuren Ie und Ae mit Ie c K c Ae derart, daß der Inhalt der einfachen Figur Ae' Ie kleiner als e wurde; fand man nun eine Zahl a mit Inhalt(Ie) ~ a ~ Inhalt(Ae) für alle e>O, so gab man K den Flächeninhalt a. Es ist einfach zu sehen, daß dieser Begriff des Flächeninhalts additiv ist, d. h. es gilt für disjunkte K und K , für die man mittels des Ausschöpfung2 1 2 prinzipseinen Inhalt bestimmen kann, daß K u K einen Inhalt hat 1 2 und gilt. Mit der Präzisierung des Grenzwertbegriffs im 19. Jahrhundert konn­ te diese Idee noch erfolgreicher benutzt werden. Bei der Definition 2 des RIEMANNschen Inhalts einer Menge Kc R verwendet man zur Appro­ ximation von innen und außen endliche Vereinidungen von achsenparal - lelen Rechtecken.

Das Ziel der hier vorliegenden Abhandlung ist eine einfache einheitliche Darstellung der Konvergenzbeweise fUr numerische Verfahren nichtlinea­ rer Optimierungsaufgaben und der damit verbundenen nichtlinearen Gleichungen. 1m wesentlichen werden Verfahren betrachtet, die auf der Idee des Gradienten- und Newton-Verfahrens beruhen. Es wurde dabei nach moglichst einfachen Beweisen fUr die Konvergenz und die Konver­ genzgeschwindigkeit von Algorithmen fUr Aufgaben in dem Euklidischen n Raum IR gesucht. Es hat sich aber herausgestellt, daB gerade die einfa­ n chen Beweise nicht die spezielle Struktur des IR benutzen und in allge­ meinen normierten Raumen gUltig sind. Das zentrale Beweismittel ist hier der Mittelwertsatz der Differentialrechnung in der Integralform, der auch in Banachraumen gilt. Wir setzen den Begriff eines Vektorraumes ( linearen Raumes ) als bekannt voraus und wollen mit der Definition eines normierten Raumes die EinfUhrung beginnen. Die Auswahl der Eigenschaften eines normierten Raumes wird sich an der Tatsache orien­ n tieren, daB die Numerik in IR im Vordergrund stehen soll. linter einem Vektorraum wird im gesamten Text ein Vektorraum Uber dem Korper der reellen Zahlen verstanden. Es wird empfohlen sofort mit dem eigentlichen Text (ab Kapitel 1) anzufangen und die EinfUhrung nur als Nachschlage­ werk zu benutzen. Denn die EinfUhrung ist an einigen Stellen als Ergan­ zung gedacht. So werden z. B. im Abschnitt 0. 8. 6 uniform konvexe Funk­ n tionen eingefUhrt, die auch fUr die Numerik in IR wichtig sind.

Das vorliegende Lehrbuch wendet sich vor allem an Studenten der Ma­ thematik, aber auch an Studenten der Informatik und ganz allgemein an mathematisch vorgebildete Leser mit Interesse an moderner Algebra. In erster Linie kann man die Allgemeine Algebra als eine übergreifende Theo­ rie der verschiedenen algebraischen Einzeldisziplinen (wie z. B. Gruppen-, Ring-und Verbandstheorie) verstehen, in der die diesen Gebieten gemein­ samen Phänomene und Methoden herausgearbeitet werden. Daruberhinaus hat die Allgemeine Algebra, wie jedes andere eigenständige mathematische Gebiet, ihre eigenen Methoden und Betrachtungsweisen entwickelt. Die­ ses Buch möchte eine Einführung in grundlegende Begriffe und Ergebnisse der Allgemeinen Algebra geben. Die ersten sieben Kapitel behandeln den Standardstoff einer Einführungsvorlesung in die Allgemeine Algebra. In den beiden restlichen Kapiteln werden dann zwei der faszinierendsten Entwick­ lungen der letzten Jahre vorgestellt, nämlich die Kommutatortheorie der Allgemeinen Algebra sowie R. McKenzies völlig neuartige Strukturtheorie endlicher Algebren. Die aktuelle Bedeutung der Allgemeinen Algebra liegt aber nicht nur in der Entwicklung interessanter, weitreichender Methoden innerhalb des Gebiets selbst, sondern auch in den engen Verbindungen zu verschiedenen Bereichen der Informatik, so daß Kenntnisse in Allgemeiner Algebra gerade aus Sicht der Informatik nützlich sind. Neue Begriffe werden in diesem Buch nach Möglichkeit erst dort ein­ geführt, wo sie wirklich benötigt werden. Dadurch soll die Theorie auch für den Anfänger durchschaubar bleiben, und gleich im ersten Kapitel kann mit den Grunddefinitionen der Allgemeinen Algebra begonnen werden, ohne die sonst oft üblichen Vorschübe über Mengen, Hüllensysteme,Verbände oder Kategorien.

Obwohl noch nie so viele Daten über die Welt zur Verfügung standen wie heute, wird die Wirklichkeit immer undurchsichtiger. Sie präsentiert sich als Ansamm­ lung voneinander getrennter Einzelbereiche, schön geordnet nach Ressorts und Fachbereichen und damit zu Bruchstücken auseinandergerissen. Ihrem Wesen nach ist die Realität jedoch ein vernetztes System, in dem es oft weniger auf jene Einzelbereiche ankommt als auf die Beziehungen zwischen ihnen. Damit ist ein Ziel dieses Buches angesprochen: Es faßt die Wirklichkeit auf als dynamisches Wechselspiel zwischen Zuständen und Flüssen. Und mit Hilfe dieser beiden Bau­ steine - Zustände und Zustandsänderungen (Flüsse) - werden Ausschnitte aus der Wirklichkeit modellhaft als vernetzte Systeme dargestellt. Die Güte derartiger Modelle mißt sich in der Regel daran, wie gut sie die realen Bewegungen simulieren, das heißt nachahmen. Das zweite Anliegen ist daher die Analyse der Dynamiken dieser Modelle, das heißt ihres Lösungsverhaltens in Ab­ hängigkeit von der Zeit. Die Dynamiken natürlicher Systeme sind in der Regel periodisch und nicht linear. Sie ergeben sich aus der Verknüpfung einfacher Rhythmen wie Geborenwerden und Sterben oder Tag und Nacht. Am Beginn des Buches steht eine anschauliche Einführung in die ModelIierung dynamischer Vorgänge mit Hilfe von Zuständen und Flüssen. Am Beispiel eines "Weltmodells" wird ein Arbeitskonzept vorgestellt, welches den Leser von einer umgangssprachlichen Problembeschreibung hinführt zur mathematischen Darstel­ lung des Problems als Differential- bzw. Differenzengleichungssystem.

In den letzten Jahren wurde ich immer häufiger von Studenten ge­ fragt, warum sich ein mathematisches Gebiet gerade in dieser (meist in der Vorlesung vorgestellten) Weise entwickelt hat und nicht an­ ders, was die hauptsächlichen Triebfedern waren, und wie es weiter­ geht. Insbesondere interessierte, neben anderen Faktoren wie An­ wendbarkeit oder Querverbindungen zu anderen Gebieten, die Rolle, welche die großen klassischen Probleme bei der Entwicklung einer Theorie spielten. Die kürzlich erfolgte ungewöhnliche Lösung des 4-Farben Problems war mir ein willkommener Anlaß, den genauen Einfluß zu studieren, den dieses universell bekannte Problem vornehmlich auf die Graphen­ theorie hatte. Vielleicht schärfer als anderswo scheiden sich arn 4-Farben Problem die Geister. Die einen sagen, die Mathematik, die das 4-Farben Problem hervorgebracht hat, ist eine Marginalie und die Lösung mit ihrem enormen Computer Einsatz ist vorn ästheti­ schen Standpunkt aus geradezu abschreckend. Die anderen wieder~ meinen, daß das 4-Farben Problem fast im Alleingang eine ganze Dis­ ziplin hat entstehen lassen, eben die Graphentheorie, wie es in diesem Umfang höchst selten vorkommt, und daß die Lösung mit ihren vielfältigen Aspekten inner- und außermathematischer Art weit in die Zukunft weist. Die Arbeit an diesem Buch hat mich überzeugt, daß die zweite Auffassung eher zutrifft - und es ist meine Hoff­ nung, daß mir in der Darstellung hinreichende Argumente dafür ge­ lungen sind.

Dieses Skriptum ist aus Vorlesungen hervorgegangen, die ich an den Universitaten MUnchen und Bayreuth gehalten habe, und gibt eine EinfUhrung in die Darstellungstheorie endlicher Gruppen, die etwa dem Umfang einer zweisemestrigen Vorlesung entspricht. Das Skriptum ist insbesondere fUr Studenten der Mathematik nach den VorprUfungen gedacht, wenn auch an algebraischem Grundwissen nur elementare Kenntnisse der Kerper-, Gruppen- und Modultheorie vorausgesetzt werden. Der Inhalt besteht aus zwei Teilen. Der erste Teil befaBt sich mit der gewehnlichen Darstellungstheorie, bei der man Gruppen in halbeinfache Algebren Uber einem Kerper einbettet und die Dar­ stellungen der Gruppen aus den Moduln Uber diesen Algebren er­ halt. Der zweite Teil behandelt die modulare Darstellungstheorie. Dabei werden zunachst die Grundlagen aus der Ring- und Modultheorie dargelegt. Dann wird auf die Theorie der nicht-halbeinfachen Gruppenalgebren eingegangen, wie sie vor allem von D.G. Higman, J.A. Green und G.O. Michler aufgebaut worden ist. SchlieBlich wird die klassische Methode der modularen Darstellungstheorie entwickelt, bei der man von einem bewerteten Kerper mit der Charakteristik 0 zu dem Radikalfaktorring des zugeherigen Bewer­ tungsrings Ubergeht. Einen genaueren Uberblick gewinnt der Leser durch das Inhalts­ verzeichnis sowie den schematischen Leitfaden, der die logische Abhangigkeit der einzelnen Abschnitte anzeigt. Insbesondere ist zum Verstandnis des zweiten Teils, wenn man von den Abschnitten 10.4 und 10.5 absieht, vom ersten Teil nur die Kenntnis der Abschnitte 1.1 bis 1.3 und die Definition 2.11 der Gruppen­ algebra notwendig.

Der vorliegende Text tiber Integration ist aus einem dreisemestrigen Grundkurs "Analysis" hervorgegangen. Diesem Ursprung, wie auch der Erfahrung, daB es den Studenten hoherer Vorlesungen aus der Analysis oder Stochastik haufig an maBtheoretischem Grundwissen mangelt, ent­ sprechen die Ziele dieser Einftihrung, namlich - von den im Laufe des ersten Semesters erworbenen mathematischen Kenntnissen auszugehen -Riemann-Stieltjes-Integrale tiber Intervallen an den Anfang zu stell en und gerade so weit zu entwickeln, wie sie nach wie vor von Nutzen sind, mit beliebigen Verteilungsfunktionen als Integratoren, und unter EinschluB n von Kurvenintegralen im R -davon unabhangig dann das Lebesgue-Integral tiber allgemeinen MaB­ raumen aufzubauen, wobei im Zweifel stets der handlicheren, wenn auch etwas spezielleren Formulierung vor maBtheoretischen Verfeinerungen der Vorzug gegeben wurde -schlieBlich die Theorie auch anzuwenden. Ais Anwendungen werden solche Themenkreise der Analysis behandelt, die einerseits von grundsatzlichem eigenen Interesse sind, und wo anderer­ seits ein flexibler Integralbegriff unentbehrlich ist. Hierzu gehort ein Pa­ ragraph iiber Fouriertransformation auf dem Rn, dann eine ausfiihrliche Behandlung der auf Faltung mit glatten Funktionen beruhenden Reich­ haltigkeitssatze fiir Testfunktionen in Verbindung mit den Grundideen der Distributionentheorie, aber auch, als Beispiel fiir die Kraft von Hil­ bertraumschliissen und damit fur die Bedeutung der Vollstandigkeit des 2 Raumes L (,,), ein Beweis des Radon-Nikodym'schen Satzes iiber die Exi­ stenz von Dichten.

Das Konzept dieses Buches ist aus Vorlesungen und Seminaren entstan­ den, die ich im Rahmen eines Zyklus über Funktionalanalysis und Numerische Mathematik im Mathematik-Hauptstudium an der Technischen Universität Berlin gehalten habe. Es ist nicht für Spezialisten ge­ schrieben, sondern wendet sich an Leser, die damit beginnen wollen, sich mit der mathematischen Theorie der nichtlinearen Probleme zu beschäftigen. Vorkenntnisse werden über normierte Räume und lineare Operatoren vorausgesetzt und zwar in einem Umfang, der etwa dem In­ halt einer der üblichen Einführungen in die Funktionalanalysis ent­ spricht. Das bedeutet zum Beispiel, daß auf die Behandlung von Din­ gen verzichtet wird, die mit Hilfe der Homologietheorie erhalten werden oder die auf der Verwendung von Ordnungsstrukturen beruhen. Das Ziel dieses Buches besteht darin, in dem geschilderten Rahmen und bei möglichst geringem Umfang eine Einführung in die mittler­ weile mehr oder weniger klassischen Methoden zum Nachweis der Existenz von Lösungen nichtlinearer Gleichungen zu geben. Behandelt werden im einzelnen einige Verallgemeinerungen des Banachschen Fix­ punktsatzes sowie die Existenz und iterative Konstruktion von Fix­ punkten bei nichtexpansiven Operatoren, die Abbildungsgrade für stetige Abbildungen im Rn bzw. vOllstetige Störungen der Identität in Banach-Räumen und damit zusammenhängend die Existenz von Fix­ punkten bei vollstetigen Operatoren, die Variationsmethode und ihre vleiterführung in der Theorie der monotonen Operatoren sowie die Existenz von Fixpunkten bei mengenwertigen Operatoren.

Wie im ersten Band ihres Werkes stellen die Autoren die mathematischen Grundlagen der Physik in gut zuganglicher und ansprechender Form dar. Das Buch eignet sich sowohl fur das Selbststudium als auch zur Begleitung von Vorlesungen.

Kompakt und verstandlich gelingt es dem Autor den Leser in die Methoden zur Untersuchung und Bewertung von Finanzderivaten einzufuhren. So erlangen Sie ein vertieftes Verstandnis fur die faszinierende Welt der Finanzmarkte.

6 mathematische Losungsmethoden bei der Untersuchung der ihn interessieren- den Fragen helfen konnen. Dieses Anliegen wird im Buch dadurch realisiert, da die behandelten mathematischen Themen an vielen Anwendungsbeispie- len illustriert werden und da groer Wert auf die Interpretation der erzielten Ergebnisse gelegt wird. Die Darlegungen des Buches berucksichtigen naturlich, da ein Student im l. Semester noch kein fertig ausgebildeter Wirtschaftswissenschaftler ist. Deshalb werden sehr spezielle Fachtermini vermieden. Zur Anregung der selbstandi- gen Beschaftigung mit dem behandelten Stoff werden dafur eine groe Zahl an Ubungsaufgaben gestellt, von denen in der Regel auch die Losungen im Anhang zu finden sind. Schlielich ist die Vielzahl im Buch enthaltener Abbildungen dazu gedacht, das Vorstellungsvermogen anzuregen und zu verbessern. Das vorliegende Lehrbuch vereint gewissermaen drei Bucher in einem: einen Vorkurs zum Erwerb oder zur Festigung von Abiturkenntnissen, den ei- gentlichen Grundkurs Mathematik fur Wirtschaftswissenschaftler, der die Ge- biete Lineare Algebra, Lineare Optimierung und Analysis mehrerer Verander- licher umfat, sowie eine relativ umfangreiche Einfuhrung in die Finanzma- thematik. Nicht unerwahnt sollte bleiben, da das Buch so angelegt ist, da es sich auch vorzuglich zum Selbststudium eignet. Erfreulicherweise stie die erste Ausgabe auf eine rege Nachfrage, so da be- reits nach relativ kurzer Zeit eine neue Auflage notwendig wurde. Wesentliche inhaltliche Anderungen erschienen uns dabei nicht erforderlich, jedoch haben wir das gesamte Buch einer nochmaligen kritischen Durchsicht unterzogen und einige Schreibfehler korrigiert.

in die Statistik 5., durchgesehene Auflage Bibliografische Information Der Deutschen Bibliothek Die Deutsche Bibliothek verzeichnet diese Publikation in der Deutschen Nationalbibliografie; detaillierte bibliografische Daten sind im Internet uber abrufbar. Prof. Dr. rer. nat. Jurgen Lehn Geboren 1941 in Karlsruhe. Studium der Mathematik an den Universitaten Karlsruhe und Regensburg. 1968 Diplom in Karlsruhe, 1972 Promotion in Regensburg, 1978 Habilitation in Karlsruhe. 1978 Professor an der Technischen Hochschule Darmstadt. Prof. Dr. rer. nat. Helmut Wegmann Geboren 1938 in Worms. Studium der Mathematik und Physik an den Universitaten Mainz und Tubingen. Wiss. Assistent an den Universitaten Mainz und Stuttgart. 1962 Staats- amen in Mainz, 1964 Promotion in Mainz, 1969 Habilitation in Stuttgart. 1970 Professor fur Mathematik an der Technischen Hochschule Darmstadt. 1. Auflage 1985 2. Auflage 1992 3. Auflage 2000 4. Auflage 2004 5., durchgesehene Auflage Juni 2006 Alle Rechte vorbehalten (c) B.G.Teubner Verlag / GWV Fachverlage GmbH, Wiesbaden 2006 Lektorat: Ulrich Sandten / Kerstin Hoffmann Der B. G. Teubner Verlag ist ein Unternehmen von Springer Science+Business Media. www.teubner.de Das Werk einschlielich aller seiner Teile ist urheberrechtlich geschutzt. Jede Verwertung auerhalb der engen Grenzen des Urheberrech- gesetzes ist ohne Zustimmung des Verlags unzulassig und strafbar. Das gilt insbesondere fur Vervielfaltigungen, Ubersetzungen, Mikroverfilmungen und die Einspeicherung und Verarbeitung in elektronischen Systemen.

Sich mathematisches Wissen anzueignen, kann nur in aktiver Weise erfolgen, in- dem man selbst viel modelliert und rechnet. Um diese Aktivitat zu unterstutzen, wurde das vorliegende Arbeits- und Ubungsbuch geschrieben. Es eignet sich besonders zum vorlesungs begleitendem Studium, zum Selbststudium oder auch rein zur intensiven Prufungsvorbereitung auf das Fach Mathematik innerhalb eines wirtschaftswissenschaftlichen Studiums. Vom Aufbau und der Fulle des Materials her sind aber auch durchaus andere Personenkreise angesprochen, gleich, ob noch die Schulbank druckend, mit Lehrtatigkeit beschaftigt oder in der Praxis tatig. Daruber hinaus werden alle an wirtschaftsmathematischen Problemen Interessierte fur sich Nutzliches entdecken konnen. Wir haben mit diesem Buch versucht, zu moglichst vielen Gebieten der Ma- thematik, fur die sich Anwendungen in Wirtschaftstheorie und -praxis ergeben, notwendige Grundlagen zu liefern. Die in neun Kapiteln und 33 Abschnitten vorgestellten Teilgebiete Finanzmathematik, Matrizenrechnung, Lineare Glei- chungssysteme, Lineare Optimierung, Funktionen einer und mehrerer Verander- lichen (Darstellung, Eigenschaften, Differenzierbarkeit), Integralrechnung fur Funktionen einer Veranderlichen lehnen sich dabei inhaltlich an das Lehrbuch Luderer B. , Wurker U. : Einstieg in die Wirtschaftsmathematik (3. Auflage), B. G. Teubner, Stuttgart* Leipzig 2000 an, sind aber so aufgebaut, da sie auch mit jedem anderen - individuell bevorzugten - Lehrbuch kombiniert werden konnen. Jeder Abschnitt ist nach folgendem Schema aufgebaut: In einer kurzen Motivation werden zentrale Punkte hervorgehoben und aufge- zeigt, in welchen anderen Teilen des Buches und der Mathematik generell diese benotigt werden. Die innerhalb eines Abschnitts wichtigsten Begriffe werden am Anfang auf- gelistet, um einen ersten Uberblick zu erlangen. Auf Definitionen wird hierbei bewut verzichtet.

Mathematiker, Naturwissenschaftler und Ingenieure erhalten mit diesem Lehrbuch eine Einführung in die numerische Behandlung partieller Differentialgleichungen. Diskutiert werden die grundlegenden Verfahren - Finite Differenzen, Finite Volumen und Finite Elemente - für die wesentlichen Typen partieller Differentialgleichungen: elliptische, parabolische und hyperbolische Gleichungen. Einbezogen werden auch moderne Methoden zur Lösung der diskreten Probleme. Hinweise auf aktuelle Software sowie zahlreiche Beispiele und Übungsaufgaben runden diese Einführung ab.

Statistische Methoden werden heute in allen empirischen Wissenschaften angewandt. Die mathematische Begrundung statistischer Verfahren ist dabei unverzichtbar. Sie allein eroffnet dem Lernenden jedoch nicht das Verstandnis fur statistische Schluweisen, das in zunehmendem Mae auch in den verschiedensten Bereichen des taglichen Lebens benotigt wird. Statistik kann nicht als mathematische Theorie, sondern nur vor dem Hintergrund konkreter Anwendungssituationen erlernt werden. Deshalb kommt den Beispielen und praktischen Aufgabenstellungen besondere Bedeutung zu. Im Studientext "e;Einfuhrung in die Statistik"e; von Lehn und Wegmann wurde bereits versucht, mit Hilfe von zahlrei- chen Beispielen die Theorie zu veranschaulichen, in stochastische Denkweisen einzufuhren und Anwendungsmoglichkeiten fur statistische Verfahren aufzuzeigen. Mit der vorliegen- den Aufgabensammlung, die sich in ihrem Aufbau am Studienbuch orientiert, werden die gleichen Ziele verfolgt. Sie enthalt zunachst ein Glossar, in dem entsprechend der Stof- fauswahl im Studienbuch die statistischen Verfahren und die zur Losung der Aufgaben benotigten Formeln zusammengestellt sind. Es folgt der Katalog der Aufgaben, gegliedert nach bestimmten Themenkreisen. Aufgaben ohne vollstandige und ausfuhrliche Losun- gen, die vom Lernenden nachvollzogen werden konnen, erfullen nur sehr bedingt ihren Zweck, das Verstandnis fur die Anwendung statistischer Schluweisen zu wecken. Deshalb enthalt der dritte Teil der Aufgabensammlung zu jeder Aufgabe eine detailliert ausgear- beitete Losung mit Verweisen auf das Glossar. Der vierte Teil besteht aus Tabellen, die bei der Bearbeitung der Aufgaben Verwendung finden. Die Aufgaben dieser Sammlung wurden ausgewahlt unter den ca.

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