510 Mathematik
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We study those nonlinear partial differential equations which appear as Euler-Lagrange equations of variational problems. On defining weak boundary values of solutions to such equations we initiate the theory of Lagrangian boundary value problems in spaces of appropriate smoothness. We also analyse if the concept of mapping degree of current importance applies to Lagrangian problems.
Particle filters (also called sequential Monte Carlo methods) are widely used for state and parameter estimation problems in the context of nonlinear evolution equations. The recently proposed ensemble transform particle filter (ETPF) [S. Reich, SIAM T. Sci. Comput., 35, (2013), pp. A2013-A2014[ replaces the resampling step of a standard particle filter by a linear transformation which allows for a hybridization of particle filters with ensemble Kalman filters and renders the resulting hybrid filters applicable to spatially extended systems. However, the linear transformation step is computationally expensive and leads to an underestimation of the ensemble spread for small and moderate ensemble sizes. Here we address both of these shortcomings by developing second order accurate extensions of the ETPF. These extensions allow one in particular to replace the exact solution of a linear transport problem by its Sinkhorn approximation. It is also demonstrated that the nonlinear ensemble transform filter arises as a special case of our general framework. We illustrate the performance of the second-order accurate filters for the chaotic Lorenz-63 and Lorenz-96 models and a dynamic scene-viewing model. The numerical results for the Lorenz-63 and Lorenz-96 models demonstrate that significant accuracy improvements can be achieved in comparison to a standard ensemble Kalman filter and the ETPF for small to moderate ensemble sizes. The numerical results for the scene-viewing model reveal, on the other hand, that second-order corrections can lead to statistically inconsistent samples from the posterior parameter distribution.
We establish elements of a new approach to ellipticity and parametrices within operator algebras on manifolds with higher singularities, only based on some general axiomatic requirements on parameter-dependent operators in suitable scales of spaes. The idea is to model an iterative process with new generations of parameter-dependent operator theories, together with new scales of spaces that satisfy analogous requirements as the original ones, now on a corresponding higher level. The "full" calculus involves two separate theories, one near the tip of the corner and another one at the conical exit to infinity. However, concerning the conical exit to infinity, we establish here a new concrete calculus of edge-degenerate operators which can be iterated to higher singularities.
Neue Medien“ war über viele Jahre hinweg das Codewort für Computer, die den Einzug in den Schulunterricht schaffen sollten – wenn es nach den Befürwortern ging. Die Widerstände, gerade in der Grundschule, waren groß und vielfältig. Es ist verständlich, dass kurz nach der spielerischen Heranführung an Bildung im Kindergarten, in einer Zeit, in der die Schülerinnen und Schüler auch das soziale Miteinander einüben müssen und auch fein- und grobmotorische Fähigkeiten erwerben sollen, das vereinzelnde Sitzen vor einem Bildschirm nicht zu den obersten Prioritäten gehört – und auch unserer Meinung nach nicht gehören sollte. In den letzten Jahren hat sich der Begriff der neuen Medien aber verändert, und das, was bisher damit verbunden wurde, ist mit der „Digitalisierung“ nicht nur des Schulunterrichts, sondern des ganzen Lebens, zu einem Dreh- und Angelpunkt der Bildung geworden. Statt klobigen Computern mit Bildschirmen, die das Miteinander schon über die Ausstattung der Computerräume in die falsche Bahn lenken, haben mobile Geräte in der Hand der Schülerinnen und Schüler übernommen. Diese können nun gemeinsam an einem Gerät arbeiten, sie können direkt mit den Bildschirminhalten interagieren, sie können die Kameras, Mikrophone und Sensoren nutzen, um authentische Daten zu erfassen und zu verarbeiten, sie können auch außerhalb des Klassenraums oder der Schule damit arbeiten und haben inzwischen fast jederzeit das ganze Wissen des Internets mit dabei. Schwerpunkt dieses Bandes ist daher der Umgang mit Tablets und den darauf laufenden „Apps“ im Mathematikunterricht. In fünf Beiträgen werden konkrete Unterrichtsvorschläge gemacht, die als Blaupausen für App-gestützten Unterricht dienen können. Ergänzt wird dieser Band durch einen allgemeinen Leitfaden zur Beurteilung von Apps für den Mathematikunterricht samt Beispielen.