Department Mathematik
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Wintersemester 2024-25

Analysis und Lineare Algebra I

(Lehramt Gymnasium)


Vorlesung: dienstags, 12:15-13:55 Uhr, mittwochs, 14:15-15:55 Uhr und freitags, 12:15-13:55 Uhr,
jeweils im Hörsaal B 138
Globalübung: donnerstags 10:15-11:45 Uhr im Hörsaal B 139
Dozent: Dr. Ralf Gerkmann
Übungsassistent: Dr. Tamas Makai
Klausurtermin: war am Dienstag, 18. Februar 2025, 12:30-14:30 Uhr
  • LA Gym-Version der Klausur ohne und mit Lösung
  • Wipäd-Version der Klausur ohne und mit Lösung
Nachklausurtermin: war am Mittwoch, 16. April, 12:30-14:30 Uhr
Vorlesungsskript:
Übungsblätter: Die Übungsblätter und Lösungen (auch der Globalübungsblätter) sind über Moodle verfügbar.
Übungsgruppen: Die Anmeldung zu den Tutorien erfolgt über Moodle. Einzelheiten dazu erfahren Sie in der ersten Vorlesung.
Vorlesungsverlauf:
DatumInhaltSkript
15.10.24Themenüberblick, Aussagen und Aussagenschemata 3-4
16.10.24Logische Verknüpfungen, Tautologien, Grundlagen der Mengenlehre4-12
18.10.24Mengenoperationen, Mengengleichungen, Quantoren 12-16
22.10.24Vollständige Induktion, Relationen 16-21
23.10.24Halb- und Totalordnungen 21-24
24.10.24Globalübung: Mengengleichungen und vollständige Induktion
25.10.24Supremum und Infimum, Äquivalenzrelationen 24-28
29.10.24Kongruenzklassen, Abbildungsdefinition, Bild- und Urbildmengen28-33
30.10.24Injektive, surjektive und bijektive Abbildungen 33-36
05.11.24Mengen mit endlicher Mächtigkeit 36-41
06.11.24Binomialkoeffizienten, unendlich abzählbare Mengen 41-48
08.11.24 Algebraische Grundstrukturen (Gruppen, Ringe, Körper) 48-52
12.11.24 Restklassenringe und endliche Körper 52-57
13.11.24 Rechenoperationen auf Matrizen57-61
15.11.24 Vektorräume und Untervektorräume62-65
19.11.24 Affine Unterräume und lineare Abbildungen65-67
20.11.24 Eigenschaften linearer Abbildungen67-70
22.11.24 Zeilenstufenform und Lösungsmengen linearer Gleichungssysteme 70-78
26.11.24 Elementarmatrizen und elementare Zeilenumformungen 78-85
27.11.24 Lösung von LGS, Invertierung von Matrizen 85-89
28.11.24 Eigenschaften angeordneter Körper, archimedische Anordnungen 1-9
03.12.24 Vollständigkeit angeordneter Körper, Definition der reellen Zahlen9-18
04.12.24 Definition von N, Z und Q, Wurzelfunktionen 18-24
06.12.24 Bewertete Körper und komplexe Zahlen24-29
10.12.24 Konvergenz von Folgen (Definition und Beispiele) 30-34
11.12.24 Grenzwertsätze, uneigentliche Konvergenz 34-38
13.12.24 Teilfolgen, Häufungspunkte, Limes superior und inferior 38-42
17.12.24 Cauchyfolgen, Summen und Reihen42-51
18.12.24 Cauchy-, Leibniz- und Majorantenkriterium51-55
20.12.24 Quotienten-, Wurzel- und Verdichungskriterium, Cauchyprodukte 55-66
07.01.25 Grenzwerte von Funktionen67-71
08.01.25 Stetigkeit72-76
10.01.25 Zwischenwertsatz und Maximumsprinzip76-80
14.01.25 Punktweise und gleichmäßige Konvergenz, Potenzreihen 80-85
15.01.25 Satz von Cauchy-Hadamard, Eigenschaften der Exponentialfunktion 85-89
17.01.25 Eigenschaften von Logarithmus-, Sinus und Kosinusfunktion 89-96
21.01.25 Tangensfunktion und Arcusfunktionen, Differenzierbarkeit 96-103
22.01.25 Charakterisierung der Diff'barkeit, Ableitungsregeln 103-106
24.01.25 Umkehrregel, lokale und globale Extrema, notwendiges Kriterium 106-111
28.01.25 Taylorpolynome, l'Hospitalsche Regeln, beidseitige Grenzwerte 111-116
29.01.25 hinreichendes Kriterium für Extrema, Def. des Riemann-Integrals 116-119
01.02.25 Rechenregeln für das Riemann-Integral, Nicht-Integrierbarkeit 119-122
04.02.25 Die Riemann-Integrierbarkeit stetiger Funktionen 122-126
05.02.25 Der Hauptsatz der Differential- und Integralrechnung 127-130
07.02.25 Substitutionsregel und partielle Integration, uneigentliche Integrale 130-137
Inhalt: Themen der Vorlesung sind die Analysis und die Lineare Algebra. In der Analysis untersucht man das Verhalten reellwertiger Funktionen. Angestoßen wurde die Ent­wicklung dieses Gebiets im 17. Jahrhundert durch Fragestellungen aus der Physik (genauer gesagt, der Himmelsme­chanik). Das Fundament dafür wurde aber bereits in der Antike durch die Entwicklung der Ele­mentargeometrie gelegt. Heute ist die Analysis ihrerseits zur unverzichtbaren Grundlage für viele moderne mathematische Disziplinen geworden, und ihre Anwendungen erstrecken sich über weite Bereiche der Natur- und Wirtschaftswissenschaften.

Ein klassisches Aufgabenfeld der Mathematik ist das Lösen von Gleichungen und Gleichungs­systemen. Gegenstand der Linearen Algebra sind die linearen Gleichungen, die zwar vergleichs­weise einfach zu lösen sind, andererseits aber in Anwendungen eine besonders wichtige Rolle spielen. Beim Studium der Lö­sungs­men­gen linearer Gleichungssysteme wurden im Laufe der Entwicklung eine Vielzahl von Strukturen und Konzepten entwickelt, die sich für die gesamte Mathematik als bedeutsam herausgestellt haben, zum Beispiel der Dimensionsbegriff, abstrakte Vektorräume über beliebigen Grundkörpern, allgemeine Koordinatensy­steme, Normen, und vieles mehr. Dieser begriffliche Apparat ermöglichte eine systematischere Heran­ge­hen­weise in vielen Teilgebieten, wie zum Beispiel der euklidischen Geometrie, der Differentialgeometrie oder der Theorie der Differenzialgleichungen.

Im ersten Semester werden wir unter anderem die folgenden Themen behandeln:
  • mathematische Logik und elementare Mengenlehre, Beweistechniken und -verfahren
  • algebraische Grundstrukturen (Gruppen, Ringe, Körper)
  • Aufbau des Zahlensystems (ganze, rationale, reelle Zahlen)
  • Matrizenrechnung und Lösung linearen Gleichungssysteme
  • abstrakte Vektorräume, Dimensionsbegriff, Koordinatensysteme
  • Konvergenz von Folgen und Reihen
  • Eigenschaften reellwertiger Funktionen (Stetigkeit, Differenzierbarkeit)
  • Ableitungsregeln, Bestimmung lokaler Extrema, Taylor-Entwicklung
  • Integralrechnung
Literatur:
  • G. Fischer, Lineare Algebra
  • O. Forster, Analysis 1, vieweg studium - Grundkurs Mathematik
  • H. Heuser, Lehrbuch der Analysis, Teil 1, Teubner-Verlag
  • S. Hildebrandt, Analysis 1, Springer-Verlag
  • K. Jänich, Lineare Algebra
  • T. de Jong, Lineare Algebra
  • K. Königsberger, Analysis 1, Springer-Verlag

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