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Reelle Zahlen

reelle zahlen

Reelle Zahlen
Das klassische Kontinuum und die natürlichen Folgen

Oliver Deiser
Springer Verlag (2008), 560 Seiten, 2.Aufl., 200,00 €

ISBN: 3-5407-9375-5

Als Hochschullehrer gebe ich mir in den Anfängervorlesungen für werdende Mathematiker alle Mühe, den Studierenden den Aufbau des reellen Zahlsystem nahe zu bringen. Dazu folge ich dem Cantorschen Verfahren der Fundamentalfolgen, weil es sich bei der Behandlung reeller Folgen und dem Grenzwertbegriff als natürlich anbietet. Wir rechnen im Hörsaal dann tatsächlich etwa eine Woche lang mit Äquivalenzklassen von Cauchy-Folgen, bis wir dann schließlich die reellen Zahlen als „verstanden“ akzeptieren. So weit, so gut. Spätestens in den Prüfungen merke ich dann schmerzlich, wie wenig von dieser Idee offenbar verstanden wird. Fragen wie: „Sie stehen auf einer rationalen Zahl und im Abstand ε > 0 ist ein Zaun um Sie gezogen. Wie viele weitere rationale Zahlen finden Sie in Ihrem eingezäunten Garten?“ sorgen häufig für Konfusion und ich habe bis jetzt wohl so ziemlich alle möglichen Antworten zu hören bekommen, von „gar keine“ bis „überabzählbar viele“. Dies macht mich umso mehr betroffen, als ich an Richard Dedekinds Alma Mater lehre, dessen Arbeiten erstmals eine saubere Begründung des Zahlbegriffs und des reellen Zahlkörpers ermöglichten. Ich will damit sagen, dass ein Buch wie das vorliegende keinesfalls anachronistisch genannt werden kann; im Gegenteil, es scheint mir ein dringendes Desiderat in der modernen Lehrbuchliteratur zu sein, was nun befriedigt wird.

Oliver Deiser hat sein Buch in zwei große Abschnitte gegliedert, einen über das klassische Kontinuum und das zweite über Folgenräume. Zu Beginn des Buches findet sich eine didaktisch äußerst gelungene kurze Einführung in die Themen des Buches und – auf wenigen Seiten – eine Zusammenfassung der verwendeten mathematischen Notationen und Begriffe (das „Vokabular“, wie Deiser es treffend nennt). Der erste Abschnitt liefert eine sehr umfassende Darstellung aller relevanten Aspekte der reellen Zahlen, wobei Deiser, wie gewohnt, sich nicht nur an den historischen Entwicklungen orientiert, sondern auch zahlreiche historische Bemerkungen einfließen lässt. Über die inkommensurablen Strecken und der Irrationalität der Quadratwurzel gelangt der Autor zum Begriff der algebraischen und der transzendenten Zahlen und nimmt sogleich die Diskussion des Mächtigkeitsbegriffes in Angriff. Sehr schön werden mehrere Konstruktionsmöglichkeiten der reellen Zahlen in ihrem historischen Kontext vorgestellt. Im verbleibenden Teil des ersten Abschnitts bespricht Deiser Inhalte und Maße und kommt mit Hilfe einer Diskussion Euklidischer Isometrien auf die Grenzen des Messens zu sprechen, die im Banach-Tarski-Paradoxon ihren Höhepunkt finden. Im zweiten Abschnitt über Folgenräume wird der Baireraum der Menge aller Folgen natürlicher Zahlen und der Cantorraum aller unendlichen 0-1-wertigen Folgen (d.i. eigentlich die Potenzmenge (N), die aber mit dem obigen Folgenraum identifiziert werden kann) eingeführt. Ganz wesentlich geht es Deiser um die Beziehungen dieser drei Strukturen untereinander – Kontinuum, Baire- und Cantorraum. So untersucht er unter topologischen Aspekten Abbildungen des Baireraumes auf den Cantorraum. Wieder spielt auch die Maßtehorie eine wichtige Rolle und so wird das Lebesgue-Maß auf dem Cantorraum konstruiert um universell messbare Mengen, magere Mengen und Nullmengen zu charakterisieren. Über den Begriff der Wohlordnung und der Rekursion werden die konstruktiblen reellen Zahlen identifiziert und das Zornsche Lemma wird mit Hilfe der transfiniten Rekursion bewiesen. Eine kurze Diskussion irregulärer Mengen leitet zu unendlichen Zweipersonenspielen über. Der Zusammenhang zwischen Zahlen und Spielen ist wohl nicht besser darstellbar zu machen als in John Horton Conways berühmtem ONAG7, aber Deiser macht seine Sache nicht schlecht. Borelmengen und projektive Mengen schließen den zweiten Abschnitt ab.

Oliver Deiser hat wieder ein hervorragend lesbares Lehrbuch vorgelegt, das man nur uneingeschränkt empfehlen kann. Im Gegensatz zu anderen Autoren geht es Deiser ganz offenbar nicht darum, durch überzogene Abstraktion den Eindruck von Wissenschaftlichkeit zu erzeugen, sondern er will verständlich erklären und dabei die mathematische Exaktheit nicht preisgeben. Das ist ihm in diesem Buch wieder außerordentlich gelungen. An diesem Buch werden nicht nur Studierende ihren Geist schärfen können, sondern auch Experten werden (gerade im zweiten Abschnitt) ihre Freude haben. Es ist eines derjenigen Bücher, das ich jedem ernsthaft an Mathematik interessierten Menschen nur wärmstens empfehlen kann.

Rezension: Thomas Sonar, Braunschweig

Quelle: Springer Verlag, Mathematische Semesterberichte, September 2008, Band 55, Heft 2, S. 251
Mit freundlicher Genehmigung des Verlags

 

 

Mengen - Relationen - Funktionen

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Mengen - Relationen - Funktionen
Eine anschauliche Einführung

Lehmann, Schulz
Teubner, 208 Seiten, 2016, 4. Aufl. , 19,99 €

ISBN: 3-6581-4398-3

Beurteilung

Das Buch ist eine elementar gehaltene Einführung wichtiger Grundbegriffe der Mathematik. Im Interesse von Lesbarkeit und Schulnähe wurde nicht immer Vollständigkeit der Darlegung angestrebt.
Der Inhalt des Buches stellt einerseits eine Vorbereitung auf weitere mathematische Studien, speziell in der Algebra, Geometrie und in der Analysis, andererseits findet man einen Überlick über den mathematischen Hintergrund für große Teile des Mathematikstudiums.
Die gewählte Form der Darstellung unterscheidet sich von anderen zu diesem Thema vorliegenden Büchern durch das nahezu vollständig realisierte Zwei-Seiten-Konzept. Die Theorie wird fortlaufend auf der linken Seite dargestellt. Auf der rechten Seite finden sich jeweils zugehörige Beispiele, Übungen und stoffliche Ergänzungen. Dies hat den Vorteil, dass Bezüge zwischen Theorie und zugehörigen Beispielen unmittelbar deutlich werden.
Am Ende des Buches finden sich Lösungen und Lösungshinweise zu den Aufgaben.

 

Inhalt

  1. Mengen
    • Der Begriff der Menge
    • Das Prinzip der Mengenbildung
    • Zum Stufenaufbau der Mengenlehre
    • Das Prinzip der Mengengleichheit
    • Endliche und unendliche Mengen
    • Logische undd mengentheoretische Zeichen
    • Mengenalgebra
  2. Relationen
    • Der Begriff der n-stelligen Relation
    • Zweistellige Relationen in einer Menge
    • Spezielle Relationen
  3. Funktionen
    • Der Begriff der Funktion
    • Funktionen als spezielle Relationen
    • Ausblick auf Funktionen, die mehrstellig oder zweistellig sind
    • Binäre Operationen
    • Kapriolen der Null
    • Nullstellen von Funktionen
    • Monotone Funktionen
    • Eindeutige Funktionen
    • Gerade und ungerade Funktionen
    • Periodische Funktionen
    • Potenzfunktionen
    • Ganzrationale Funktionen
    • Rationale Funktionen
    • Winkelfunktionen
    • Operationen mit Funktionen
    • Beschränkte Funktionen
    • Maximum und Minimum
    • Funktionale Charakterisierungen einiger Funktionen
    • Ausblick auf Funktionen als Abbildungen
  • Lösungen
  • Literatur
  • Namen- und Sachverzeichnis

 

Mathematisch denken

mathematische denken

Mathematisch denken
Mathematik ist keine Hexerei

John Mason, Leone Burton, Kaye Stacey
Oldenbourg Verlag, 212 Seiten, 4. Aufl., 24,80 €

ISBN: 3-486-57854-5

Beurteilung

Das Buch beschäftigt sich mit der prinzipiellen Arbeitsweise der Mathematik und möchte aufzeigen, wie man mit ganz beliebigen Aufgabenstellungen umgeht, sie erfolgreich bearbeitet und aus der Bearbeitung Erfahrungen für andere Problemstellungen ableitet.
Das Buch ist nicht konzipiert, um es von vorne bis hinten durchzulesen, sondern soll eine Anregung zum eigenen Arbeiten sein.
Die behandelte Thematik wird immer wieder durch begleitende Beispiele und Problemstellungen illustriert. Dabei wird empfohlen, wenn man ein Problem nicht lösen kann, eben nicht einfach weiter zu lesen, sondern weiter aus verschiedenen Perspektiven darüber nachzudenken. Auch gibt es häufig Hinweise, wie z.B. sich erst einmal Spezialfälle zu veranschaulichen (und dann zu versuchen auf allgemeine Lösungen zu schließen), sich nochmals die gegebenen Voraussetzungen anzusehen (Setzt man vielleicht stillschweigend viel mehr voraus und behindert so die eigenen Lösungsansätze?) und mit Lösungen kritisch umzugehen (Gilt die Lösung vielleicht nur in bestimmen Spezialfällen und nicht immer?).
Auch wenn man trotz allem zu keiner Lösung gelangt wird man durch die Versuche und die nachgelesenen Erklärungen des Lösungsweges viel für spätere Aufgaben lernen (zumindest, wenn man sich wirklich ernsthaft mit dem Problem beschäftigt hat). Ziel des Buches ist es ja gerade nicht Ergebnisse zu produzieren, sondern Erfahrungen zu erwerben, mathematische Konzepte auf Problemstellungen anwenden zu können.
Gerichtet ist das Buch primär an Schüler und Studenten, die mathematische Probleme angehen möchten, es ist aber auch allen anderen Interessierten herzlichst empfohlen.

Inhalt

  1. Das Anpacken von Problemen
    • Betrachten Sie Spezialfälle
    • Verallgemeinerungen
    • Machen Sie sich Notizen!
    • Rückblick und Vorausschau
  2. Arbeitsphasen
    • Die drei Phasen
    • Die Planungsphase
    • Die eigentliche Durchführung
    • Die Rückblick-Phase
    • Zusammenfassung
  3. Überwindung von Schwierigkeiten
    • Die Ausgangslage
    • Zusammenfassung
  4. Das Aufstellen von Vermutungen
    • Was versteht man unter Aufstellen von Vermutungen?
    • Vermutungen: Das Rückgrat jeder Lösung
    • Wie kommen die Vermutungen zustande?
    • Das Aufdecken von Gesetzmäßigkeiten
    • Zusammenfassung
  5. Erklären und Beweisen
    • Strukturen
    • Die Suche nach Strukturen
    • Wann hat man eine Vermutung bewiesen?
    • Wie wird man sein innerer Feind?
    • Zusammenfassung
  6. Haben Sie immer noch Schwierigkeiten?
    • Die Reduzierung auf eine präzise Fragestellung und der Prozess intensiven Nachdenkens
    • Spezialisieren und Verallgemeinern
    • Stillschweigende Annahmen
    • Zusammenfassung
  7. Die Entwicklung eines inneren Ratgebers
    • Die Aufgaben des inneren Ratgebers
    • "Schnappschüsse" von Gefühlszuständen
    • Arbeitsbeginn
    • Wie man sich engagiert
    • Der eigentliche Denkvorgang
    • Beharrlichkeit
    • Einsichten
    • Seien Sie skeptisch
    • Nachbearbeitung
    • Zusammenfassung
  8. Wie erfindet man Fragen?
    • Ein Spektrum von Aufgaben
    • Einige "fragwürdige" Umstände
    • Beobachtungen
    • Was steht dem Stellen von Fragen im Weg?
    • Zusammenfassung
  9. Wie man in die mathematische Denkweise hineinwächst
    • Wie man seine mathematische Denkweise verbessern kann
    • Wie provoziert man mathematisches Denken?
    • Wie man das mathematische Denken fördern kann
    • Der Nutzen der mathematischen Denkweise
    • Zusammenfassung
  10. Aufgaben
    Anhang
  • Literaturverzeichnis
  • Aufgabenverzeichnis
  • Stichwortverzeichnis

 

Mathematik für Einsteiger

mathematik für einsteiger fritzsche

Mathematik für Einsteiger
Vor- und Brückenkurs zum Studienbeginn

Fritzsche
Spektrum Akademischer Verlag, 404 Seiten, 2009, 4. Aufl. , 24,99 €

ISBN: 3-8274-1784-8

Beurteilung

Im Mittelpunkt des Buches stehen der logische Aufbau und die Technik des Beweisens.
Es ist sehr angenehm geschrieben, übersichtlich und besitzt viel Inhalt. Das Niveau ist ungefähr das eines Mathematik-Leistungskurses und daher sehr geeignet für Studienanfänger und für interessierte Nicht-Mathematiker mit einem gewissen Kenntnisstand (z.B. Abitur). Das Gebiet der Wahrscheinlichkeitstheorie wird nicht behandelt.
Als Nachschlagewerk oder Hilfsbuch für Schüler ist es nicht unbedingt zu empfehlen, da es hauptsächlich in Univerrsitätssprache geschrieben ist, was jedoch nicht abschrecken sollte.

Inhalt

  1. Wie wahr ist die Mathematik?
    (Alltag / Axiome / Sätze und Beweise in der Geometrie / Logik / Beweismethode)
  2. Von Mengen und Unmengen
    (Mengenbegriff / Probleme / Quantoren / Verneinung)
  3. Unendlich viele Zahlen
    (Axiome der Addition, Multiplikation, Anordnung / natürliche Zahlen / Induktion / ganze Zahlen / endlich Mengen / Teilbarkeit und Primzahlen / euklidischer Algorithmus / große Zahlen)
  4. Auf dem Weg ins Irrationale
    (Summen / Kombinatorik / geometrische Folgen / Vollständigkeitsaxiom / Beträge / quadratische Gleichungen und Ungleichungen / Wurzeln / Folgen / Grenzwertsätze / geometrische Reihen / monotone Konvergenz / Intervallschachtelung)
  5. Eins hängt vom andern ab
    (Produktmengen und Relationen / der Funktionsbegriff / Mengen von Funktionen / Polynome / injektive und surjektive Abbildungen / Mächtigkeit / Verknüpfungen von Abbildungen / Umkehrabbildungen und Monotonie / Logarithmus / Automorphismen und Gruppen)
  6. Parallelität der Ereignisse
    (Projektionen / Koordinaten / lineare Gleichungssysteme / Halbebenen und Dreiecke / Orthogonalität / Satz des Pythagoras / Flächenfunktionen)
  7. Allerlei Winkelzüge
    (Kreis und Bogenmaß / Winkel in Dreiecken / Winkelfunktionen / Additionstheoreme / Bewegungen)
  8. Das Parallelogramm der Kräfte
    (Vektoren / Vektorräume / lineare Unabhängigkeit / Ortsvektoren / Geraden und Ebenen / Norm und Skalarprodukt / Hessesche Normalenform / Basis und Dimension / Matrizen und Determinanten / Gauß-Verfahren / Vektorprodukt)
  9. Extremfälle
    (Stetigkeit / Funktionen auf abgeschlossenen Intervallen / Stetigkeitsbeweise / Ableitung / Ableitungsregeln / Extremwerte / Mittelwertsatz / Wendepunkt und Krümmung)
  10. Die Kunst des Integrierens
    (Riemannsche Integration / Berechnung von Integralen / Fundamentalsatz / natürlicher Logarithmus und Exponentialfunktion / partielle Integration und Substitution)
  11. Imaginäre Welten
    (Kubische Gleichungen / komplexe Zahlen / komplexe Folgen und Funktionen / die Eulersche Formel und Einheitswurzeln / Fundamentalsatz bzw. Hauptsatz der Algebra / Quaternionen)
  • Einige Beweise
  • Lösungen zu den Aufgaben im Text
  • Zusätzliche Aufgaben
  • Literaturverzeichnis
  • Stichwortverzeichnis
  • Lösungen zu Aufgaben gibt es auch unter:
    www.math.uni-wuppertal.de/~fritzsch/

 

Keine Angst vor Algebra

keine Angst vor Algebra

Keine Angst vor Algebra
Von der Bruchrechnung zum Logarithmus

Thomas Rießinger
Elsevier - Spektrum Akademischer Verlag, 416 Seiten, 2007, 1. Aufl. , 19,50 €

ISBN: 3-8274-1779-1

Beurteilung

Da in der Algebra viel mit Buchstaben gerechnet wird, mit Formeln hantiert und Gleichungen gelöst werden, aufgrund ihrer Abstraktion also, erscheint sie häufig abschreckend. Das dies nicht so sein muss versucht dieses Buch aufzuzeigen.
Es behandelt die gleichen Themen, die auch schon aus der Schule bekannt sind, allerdings wird, laut eigener Aussage, versucht diese so zu erklären, dass sie für den Leser verständlich sind und nicht um gewaltige Theorien zu entwickeln.
Zur Übung sind an jedem Kapitelende Aufgaben, deren Lösungen sich am Ende des Buches befinden (allerdings nur die Endlösungen, die Lösungswege gibt es im Internet). Das Buch versucht also bereits bekannten, häufig jedoch längst wieder vergessenen Stoff in Erinnerung zu rufen und aufzufrischen.
Da dies auf recht anschauliche Weise geschieht, besteht auch berechtigter Grund zur Hoffnung, dass dieses Unternehmen von Erfolg gekrönt sein wird.

 

Inhalt

  1. Rechnen mit Zahlen
    (Die Grundrechenarten, Brüche, Erweitern und Kürzen, Teiler und Primzahlen, Addition und Subtraktion von Brüchen, Multiplikation und Division von Brüchen, Dezimalbrüche, Negative und rationale Zahlen)
  2. Dreisatz, Prozente und Zinsen
    (Dreisatz, Was sind Prozente?, Prozentwert, Prozentsatz, Grundwert, Zinsen)
  3. Terme, lineare Gleichungen, Lineare Funktionen
    (Terme, Vereinfachung von Termen, Lineare Gleichungen, Lineare Funktionen, Eigenschaften linearer Funktionen, Lineare Ungleichungen)
  4. Und noch mehr Terme
    (Summen mit mehreren Variablen, Produkte mit mehreren Variablen, Produkte und Potenzen von Summen, Bruchterme, Rechnen mit Bruchtermen, Bruchgleichungen)
  5. Lineare Gleichungssysteme
    (Gleichungen mit zwei Unbekannten, Rechnerische Methoden, Anwendungen und Systeme mit drei Gleichungen)
  6. Reelles und Quadratisches
    (Quadratwurzeln und irrationale Zahlen, Rechnen mit Wurzeln, Quadratische Funktionen, Quadratische Gleichungen, Biquadratische Gleichungen, Wurzelgleichungen, Linearfaktoren, Polynomdivision)
  7. Potenzen und Wurzeln
    (Potenzen, Wurzeln, Logarithmen, Exponentialgleichungen)
  8. Lösungen
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