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Numerische Verfahren der Analysis

Weshalb dieses Thema?

Beschäftigen Sie sich gerade mit Kurvendiskussionen? Haben Sie einen graphikfähigen Taschenrechner? Oder zuhause auf Ihrem PC eine vielgepriesene Mathematiksoftware? Möchten Sie diese Mittel gerne einsetzen? Wir geben Ihnen das nötige Hintergrundwissen. Nach dieser Gruppenarbeit werden Sie wissen, wie der Computer Gleichungen löst, Extrema von Funktionen, Steigungen von Kurven und Flächen unter Funktionsgraphen berechnen kann. Sie verstehen, was hinter diesen Operationen steckt und Sie können die Operationen korrekt anwenden. Es geht nicht darum, dass Sie jede Methode bis ins letzte Detail begreifen. Sie sollen sehen, was in der 'Blackbox' Taschenrechner oder Computer vor sich geht. Und das Ganze anhand eines möglichen Modellbeispiels aus der Praxis.

Lösungen mit Zahlen berechnen?

Einfache Probleme der Analysis können oft durch formale algebraische Rechnungen gelöst werden. Komplexere Probleme der Analysis sind aber meist nicht durch Umformen von Gleichungen etc. zu lösen. Hier bleibt nur die Möglichkeit, Lösungen näherungsweise zu berechnen. Die dazu verwendeten Methoden nennt man numerische Verfahren. Häufig trägt das Verständnis dieser Methoden auch zu einem besseren Verständnis der Analysis bei. Was sind numerische Verfahren genau? Numerische Verfahren beruhen meist auf der Idee der schrittweisen Näherung an die Lösung. Man nennt diesen Vorgang auch Iteration. Durch viele Iterationen (einzelne gleichartige Schritte) nähert man sich immer genauer dem Resultat. Die einzelnen Iterationsschritte werden heute vorzugsweise mit einem Computer berechnet.

Unsere Lernziele

Sie werden nach der Unterrichtseinheit folgende Sachverhalte kennen und anwenden können:
  • Die Problemstellungen aller Gruppen sind Ihnen bekannt. Sie wissen, wie diese Probleme angepackt werden können.
  • Zu jeder Problemstellung kennen Sie mindestens die Funktionsweise eines Algorithmus.
  • Sie sind in der Lage, die Fragen A-D der CH-1 Konstruktionsabteilung zu lösen.
  • Sie verstehen ansatzweise, was in der Blackbox Taschenrechner oder Computer beim Benutzen von numerischen Verfahren vor sich geht.
  • Die Verwendung von Pseudocode

    Viele der im folgenden Text besprochenen Verfahren wurden in Pseudocode ausformuliert. Er dient nur der Veranschaulichung und entspricht keiner existierenden Programmiesprache. Dazu noch folgende zwei Erklärungen:
    eps (Epsilon oder e)
    entspricht im Pseudocode einer sehr kleine Zahl. Sie wird als Abbruchkriterium verwendet. Zum Beispiel bedeutet eps=10^(-3), dass das Resultat bis auf die dritte Stelle hinter dem Komma genau ist.
    ABS(expression)
    entspricht | expression |. ABS ist eine vordefinierte Funktion, die den absoluten Wert eines Ausdrucks berechnet.

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