Institut für Mathematik
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Diskontinuierliche Bewegungsgruppen sind als Symmetriegruppen von gewissen Mustern intuitiv zu erfassen. Diskontinuität einer Bewegungsggruppe B wird hier mittels Punktorbits definiert. Im Rahmen der euklidischen Geometrie endlicher Dimension findet man als (untereinander äquivalente) charakterisierende Eigenschaften diskontinuierlicher Bewegungsgruppen z. B. die lokale Endlichkeit (LEO) der Orbits nach Hilbert und COHN/VOSSEN und die Isoliertheit der Punkte in Ihrem Orbit (IPO) nach L. FEJES TOTH. In früheren Arbeiten wurde von KLOTZEK gezeigt, dass durch LEO und IPO in jedem unendlich dimensionalen Hilbertraum verschiedene Klassen von Gruppen beschrieben werden, andererseits sind LEO und IPO in metrischen Räumen gleichwertig, in denen jede beschränkte Menge präkompakt ist. Die Frage ob solche Bedingungen stets äquivalent sind hat die spätere Einführung eines ganzen Systems von ähnlichen Bedingungen initiert; hinzu kam der Wunsch, über verallgemeinerte diskontinuierliche Bewegungsggruppen, die noch nicht "kontinuierlich" wirken, weitere Muster zu beschreiben (vgl. etwa GRÜNBAUM). Die schwächste der in diesem Zusammenhang diskutierten Bedingungen führt zu Gruppen, die einerseits keine im dreidimensionalen Raum dichtliegende Punktorbits erzeugen, andererseits aber in jeder Umgebung der Identität weitere nichtidentische Bewegungen enthalten. Die Bestimmung aller Raumgruppen dieses Typs ist Gegenstand der vorliegenden Arbeit. Während 194 der 230 bekannten Raumgruppen unter Wahrung von kB (kristallographischen Beschränkung) 285 derartige Verallgemeinerungen zulassen, können ohne kB sogar überabzählbar viele schwachsdikontinuierliche Gruppen beschrieben werden.
Zwei Jahrtausende wurde die Mathematik in der Sprache der Geometrie formuliert; bis ins 18. Jahrhundert wurde Geometrie synonym für Mathematik gebraucht. Auch wenn die Geometrie nicht mehr diese Stellung in der Mathematik besitzt und den Charakter einer Naturwissenschaft verloren hat, so hat sie seitdem doch wesentlich die Entwicklung der Mathematik und Naturwissenschaft beeinflusst, und ihre Sprache bewährt sich auch in Disziplinen, die sich in unserem Jahrhundert herausgebildet haben. Überzeugt von einer verkürzten Wiederholung der Wissenschaftsentwicklung in der Ontogenese der Erkenntnis der Welt, wird man speziell der Elementargeometrie stets einen gebührenden Platz einräumen, wird man immer, wenn nicht gar mit Liebhabern, so doch mit Interessenten an diesem Gegenstand rechnen können, insbesondere unter den aktiven Lehrern und den Lehramtskandidaten. In erster Linie wird ihnen die Lektüre dieses Buches empfohlen. Dabei stehen Phänomene zwar am Anfang, aber es geht vordergründig um begriffliche Präzisierung und einen (evtl. noch zu erlernenden) folgerichtigen Aufbau, beides beispielhaft in bezug auf Elementarmathematik insgesamt, auch wenn die erworbenen Fähigkeiten in der Schule dann nur zum lokalen Ordnen genutzt werden. Es wird keine Perfektion im logischen Schließen vorausgesetzt und durch die zahlreichen Zeichnungen dem anschaulichen Überbrücken von Klippen sogar Vorschub geleistet, aber es werden metamathematische Betrachtungen eingestreut, und es wird über Beweis- und Konstruktionsaufgaben permanent "Selbsttätigkeit nach den zuvor ausgeführten Beispielen" angeregt und abverlangt. Dabei kann sich der Leser fortwährend und reflektierend an den Regeln des natürlichen Schließens und damit an den wichtigsten Beweisverfahren im Anhang 1.7 orientieren. Logische Strenge wird so als nicht ein für alle mal vorgegeben, sondern als erlern- und steigerbar begriffen. Das erste Kapitel hat die Euklidische Elementargeometrie zum Inhalt, schrittweise aufgebaut auf Grundbegriffen und Axiomen. Dabei steht eine fiktive Erfahrungswelt der Kinder im Hintergrund, beispielsweise bei den Bewegungen von Figuren oder den Geraden als angeordneten Punktmengen. Um die Geometrie relativ lange im Sinne von TARSKI elementar aufbauen zu können, werden z.B. Längen und Winkelgrößen als Äquivalenzklassen betrachtet, sichern zunächst Axiome des Zirkels Konstruktion mit Zeichengeräten und den Beweis von Kongruenzsätzen ab, werden auch Drehwinkel und Schubvektoren (gerichtete Abstände) als Äquivalenzklassen begriffen. Erst im Abschnitt 1.5 wird die Vervielfachung von gerichteten Strecken mit ganzen, rationalen und reellen Zahlen realisiert, wobei der letzte Schritt ein Stetigkeitsaxiom erforderte. Auf dieser nicht mehr ganz elementaren Stufe werden Ähnlichkeit, Flächen- und Rauminhalte sowie die Theorie der Konstruktionen mit Zirkel und Lineal erörtert, insbesondere die Unlösbarkeit gewisser Aufgaben. Das zweite Kapitel bezweckt mit der Darstellung nichteuklidischer Geometrien nicht nur eine Erweiterung bisher gewonnener geometrischer Kenntnisse, sondern eine wesentliche Vertiefung des Raumbegriffes, indem Aufgabenstellungen, die im ersten Kapitel formuliert wurden, unter veränderten Rahmenbedingungen auf Lösbarkeit untersucht werden. Das geschieht zunächst für die Lobacevskijsche Geometrie mit einem Ausblick auf elliptische Geometrie und dann für die Banach- Minkowskischen Geometrien, also ausschließlich für solche Theorien, die DAVID HILBERT in seinem berühmten Vortrag "Mathematische Probleme" 1900 in Paris auf dem 2. Internationalen Mathematikerkongress als "der euklidischen Geometrie nächststehend" bezeichnet hat.
Dieser Beitrag zum Band 17 der HISTORY OF MATHEMATICS (Prag 2001) stellt unter den Untertiteln 1. Messung und Stetigkeit 2. Axiomatische Fixierung der euklidischen Geometrie 3. Verallgemeinerung zur Riemannschen Geometrie 4. Liesche Gruppen 5. Diskontinuierliche Bewegungsgruppen 6. Verallgemeinerte diskontinuierliche Bewegungsggruppen eine erweiterte Fassung des gleichlautenden Beitrags zum Sammelband MATHEMATIK-INTERDISZIPLINÄR (Shaker Verlag, Aachen 2000) dar. Da es sich um das Manuskript eines Vortrages am 2. Mai 2001 vor Lehrerbildnern der Karlsuniversität handelt, wird hier zusätzlich die Ersetzung der Stetigkeitsaxiome durch die Axiome des Zirkels, die zur analytischen Geometrie des dreidimensionalen Raumes über einem euklidischen Zahlkörper führt, diskutiert.
Mathematik : Analysis ; Handbuch für den Unterricht ; Gymnasiale Oberstufe, NRW [Schülerbuch]
(2002)
Optimal (und) begründet
(2002)
Algebra und Diskrete Mathematik gehören zu den wesentlichen Grundlagen der Informatik. Sie sind unverzichtbare Werkzeuge eines jeden Informatikers und spielen daher auch im Studium eine zentrale Rolle. Das Lehrbuch vermittelt anschaulich und leicht nachvollziehbar die wichtigsten algebraischen Grundlagen der Informatik bis hin zur Gleichungstheorie der Universellen Algebra. Zahlreiche Übungsaufgaben und ihre Lösungen helfen dem Leser, den Stoff zu verstehen
Untitled
(2005)
Fokus Mathematik ; Analytische Geometrie Lineare Algebra ; Gymnasiale Oberstufe ; Baden-Württemberg
(2005)
Mathematik : Stochastik ; Handreichungen für den Unterricht ; Gymnasiale Oberstufe [Schülerbuch]
(2005)
Das Schulbuch ist ein etablierter und bedeutender Bestandteil des Mathematikunterrichts. Lehrer nutzen es, um ihren Unterricht vorzubereiten und/oder zu gestalten; Schüler, um in selbigem zu lernen und zu bestehen, vielleicht sogar aus eigenem Interesse; Eltern, um sich darüber zu informieren, was ihr Kind eigentlich können soll und wie sie ihm gegebenenfalls helfen können. Darüber hinaus ist das Schulbuch ein markantes gesellschaftliches Produkt, dessen Zweck es ist, das Unterrichtsgeschehen zu steuern und zu beeinflussen. Damit ist es auch ein Anzeiger dafür, was und wie im Mathematikunterricht gelehrt werden sollte und wird. Die Lehrtexte als zentrale Bestandteile von Schulbüchern verweisen in diesem Zusammenhang insbesondere auf die Phasen der Einführung neuen Lernstoffs. Daraus legitimiert sich übergreifend die Fragestellung, was und wie (gut) Mathematikschulbuchlehrtexte lehren bzw. was und wie (gut) adressierte Schüler aus ihnen (selbstständig) lernen, d.h. Wissen erwerben können.
Angesichts der komplexen und vielfältigen Bedeutung von Schulbuchlehrtexten verwundert es, dass die mathematikdidaktische Forschung bislang wenig Interesse an ihnen zeigt: Es fehlen sowohl eine theoretische Konzeption der Größe ‚Lehrpotential eines schulmathematischen Lehrtextes‘ als auch ein analytisches Verfahren, um das anhand eines Mathematikschulbuchlehrtextes Verstehbare und Lernbare zu ermitteln. Mit der vorliegenden Arbeit wird sowohl in theoretisch-methodologischer als auch in empirischer Hinsicht der Versuch unternommen, diesen Defiziten zu begegnen. Dabei wird das ‚Lehrpotential eines Mathematikschulbuchlehrtextes‘ auf der Grundlage der kognitionspsychologischen Schematheorie und unter Einbeziehung textlinguistischer Ansätze als eine textimmanente und analytisch zugängliche Größe konzipiert. Anschließend wird das Lehrpotential von fünf Lehrtexten ausgewählter aktueller Schulbücher der Jahrgangsstufen 6 und 7 zu den Inhaltsbereichen ‚Brüche‘ und ‚lineare Funktionen‘ analysiert. Es zeigt sich, dass die untersuchten Lehrtexte aus deutschen Schulbüchern für Schüler sehr schwer verständlich sind, d.h. es ist kompliziert, einigen Teiltexten im Rahmen des Gesamttextes einen Sinn abzugewinnen. Die Lehrtexte sind insbesondere dann kaum sinnhaft lesbar, wenn ein Schüler versucht, die mitgeteilten Sachverhalte zu verstehen, d.h. Antworten auf die Fragen zu erhalten, warum ein mathematischer Sachverhalt gerade so und nicht anders ist, wozu ein neuer Sachverhalt/Begriff gebraucht wird, wie das Neue mit bereits Bekanntem zusammenhängt usw. Deutlich zugänglicher und sinnhafter erscheinen die Mathematikschulbuchlehrtexte hingegen unter der Annahme, dass ihre zentrale Botschaft in der Mitteilung besteht, welche Aufgabenstellungen in der jeweiligen Lehreinheit vorkommen und wie man sie bearbeitet. Demnach können Schüler anhand dieser Lehrtexte im Wesentlichen lernen, wie sie mit mathematischen Zeichen, die für sie kaum etwas bezeichnen, umgehen sollen. Die hier vorgelegten Analyseergebnisse gewinnen in einem soziologischen Kontext an Tragweite und Brisanz. So lässt sich aus ihnen u.a. die These ableiten, dass die analysierten Lehrtexte keine ‚unglücklichen‘ Einzelfälle sind, sondern dass die ‚Aufgabenorientierung in einem mathematischen Gewand‘ ein Charakteristikum typischer (deutscher) Mathematikschulbuchlehrtexte und – noch grundsätzlicher – einen Wesenszug typischer schulmathematischer Kommunikation darstellt.
Die vorliegende Studie untersucht die gesellschaftliche Rolle des gegenwärtigen Mathematikunterrichts an deutschen allgemeinbildenden Schulen aus einer soziologisch-kritischen Perspektive. In Zentrum des Interesses steht die durch den Mathematikunterricht erfahrene Sozialisation. Die Studie umfasst unter anderem eine Literaturdiskussion, die Ausarbeitung eines soziologischen Rahmens auf der Grundlage des Werks von Michel Foucault und zwei Teilstudien zur Soziologie der Logik und des Rechnens. Abschließend werden Dispositive des Mathematischen beschrieben, die darlegen, in welcher Art und mit welcher persönlichen und gesellschaftlichen Folgen der gegenwärtige Mathematikunterricht eine spezielle Geisteshaltung etabliert.
Aus dem Inhalt: Inhaltsverzeichnis Abbildungsverzeichnis Tabellenverzeichnis 1 Einleitung und Motivation 2 Multivariate Copulafunktionen 2.1 Einleitung 2.2 Satz von Sklar 2.3 Eigenschaften von Copulafunktionen 3 Abhängigkeitskonzepte 3.1 Lineare Korrelation 3.2 Copulabasierte Abhängigkeitsmaße 3.2.1 Konkordanz 3.2.2 Kendall’s und Spearman’s 3.2.3 Asymptotische Randabhängigkeit 4 Elliptische Copulaklasse 4.1 Sphärische und elliptische Verteilungen 4.2 Normal-Copula 4.3 t-Copula 5 Parametrische Schätzverfahren 5.1 Maximum-Likelihood-Methode 5.1.1 ExakteMaximum-Likelihood-Methode 5.1.2 2-stufige parametrische Maximum-Likelihood-Methode 5.1.3 2-stufige semiparametrische Maximum-Likelihood-Methode 5.2 Momentenmethode 5.3 Kendall’s -Momentenmethode 6 Parameterschätzungen für Normal- und t-Copula 6.1 Normal-Copula 6.1.1 Maximum-Likelihood-Methode 6.1.2 Momentenmethode 6.1.3 Kendall’s Momentenmethode 6.1.4 Spearman’s Momentenmethode 6.2 t-Copula 6.2.1 Verfahren 1 (exakte ML-Methode) 6.2.2 Verfahren 2 (2-stufige rekursive ML-Methode) 6.2.3 Verfahren 3 (2-stufige KM-ML-Methode) 6.2.4 Verfahren 4 (3-stufige M-ML-Methode) 7 Simulationen 7.1 Grundlagen 7.2 Parametrischer Fall 7.3 Nichtparametrischer Fall 7.4 Fazit A Programmausschnitt Literaturverzeichnis
Aus dem Inhalt: Einleitung und Zusammenfassung 1 Grundlagen der Lebensdaueranalyse 2 Systemzuverlässigkeit 3 Zensierung 4 Schätzen in nichtparametrischen Modellen 5 Schätzen in parametrischen Modellen 6 Konfidenzintervalle für Parameterschätzungen 7 Verteilung einer gemischten Population 8 Kurze Einführung: Lebensdauer und Belastung 9 Ausblick A R-Quellcode B Symbole und Abkürzungen
Harness-Prozesse
(2010)
Harness-Prozesse finden in der Forschung immer mehr Anwendung. Vor allem gewinnen Harness-Prozesse in stetiger Zeit an Bedeutung. Grundlegende Literatur zu diesem Thema ist allerdings wenig vorhanden. In der vorliegenden Arbeit wird die vorhandene Grundlagenliteratur zu Harness-Prozessen in diskreter und stetiger Zeit aufgearbeitet und Beweise ausgeführt, die bisher nur skizziert waren. Ziel dessen ist die Existenz einer Zerlegung von Harness-Prozessen über Z beziehungsweise R+ nachzuweisen.
Das Sammelbilderproblem
(2010)