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Statistik

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Statistik
eine interaktive Einführung

Hans-Joachim Mittag
Springer Verlag, 1st Edition. (7. März 2011), 332 Seiten, 24,95 €

ISBN-10: 3642178170
ISBN-13: 978-3642178177

Dieses Buch ist aus Vorlesungen entstanden, die der Autor als Serviceveranstaltung für verschiedene Bachelor-Studiengänge (Politikwissenschaft, Psychologie, ...) gehalten hat. Das hat den positiven Nebeneffekt, dass der theoretische Stoff durch viele konkrete – insbesondere auch aktuelle – Beispiele aus den verschiedensten Lebensbereichen illustriert wird. Der Titel macht allerdings nicht deutlich, dass der Mathematikanteil auf Studierende ohne mathematischen Hintergrund zugeschnitten ist. Wer genauer wissen möchte, warum gewisse Verfahren zum gewünschten Ergebnis führen, wird hier nicht fündig werden.

Das Buch ist in zwei Hauptteile gegliedert. Im ersten geht es um beschreibende Statistik. In neun Unterkapiteln und auf fast 130 Seiten (!) geht es darum, Verfahren zur grafischen Darstellung statistischer Daten vorzustellen. (Dem Rezensenten scheint diese Ausführlichkeit für ein einführendes Lehrbuch eher übertrieben zu sein.) Teil 2 ist anspruchsvoller, da geht es um Wahrscheinlichkeitstheorie und schließende Statistik. Die wichtigsten Beispiele für Wahrscheinlichkeitsräume (diskrete Räume und Räume mit Dichtefunktionen) werden eingeführt, und die fundamentalen Konzepte der Wahrscheinlichkeitsrechnung und Statistik werden vorgestellt: bedingte Wahrscheinlichkeiten, Unabhängigkeit, Zufallsvariable, Parameterschätzungen, statistische Tests, ...

Am Ende gibt es noch einen ausführlichen Anhang, in dem Grundlegendes zur Matrizenrechnung, ausgewählte Tabellen und die Lösungen der Übungsaufgaben zu finden sind.

Eine Besonderheit des Buches ist noch erwähnenswert: Es gibt viele interessante Zusatzinformationen auf einer von Herrn Mittag gepflegten Internetseite: Links zu weiterführenden Seiten im Netz, Datensätze, Java-Applets zur Illustration usw.

Insgesamt ist es ein empfehlenswertes Buch für alle, die es in ihrem Fach mit statistischen Methoden zu tun haben. Mathematikstudenten ist dringend anzuraten, sich ergänzend – zum Beispiel – in den Büchern von Georgii oder Meintrup-Schäffler zu informieren.

Rezension: E. Behrends, FU Berlin

Philosophie der Mathematik

Philosophie der Mathematik

Philosophie der Mathematik

Thomas Bedürftig und Roman Murawski
De Gruyter (2010) Hardcover, 79,95 €, 322 Seiten

ISBN: 978-3-11-019093-9
Auch als eBook erhältlich

Philosophie der Mathematik beschäftigt sich mit den Grundlagen der Mathematik. Sie hat eine lange Geschichte, die parallel zur Entwicklung der Mathematik verläuft und wie diese heute kaum noch in ihrer Gesamtheit darstellbar ist. Diesem Buch gelingt der Versuch, dies dennoch zu tun.

Obwohl sich die meisten Lehrbücher der Mathematik in ihren einleitenden Kapiteln mit den Grundlagen der Mathematik beschäftigen, gehen die Grundfragen heute weit über Analysis, Artihmetik, Mengenlehre und Logik hinaus. Umso wertvoller ist ein Buch wie dieses für den Jung-Mathematiker, der noch nach Orientierung sucht und in Fragen nach den Grundlagen der Mathematik vielleicht einen neuen Blick auf die Mathematik jenseits von Teilgebieten erhält.

Die Gliederung des Buches erinnert an den Einsatz in Schulen, in denen der Inhalt in Modulen vermittelbar wird (Motivation, Geschichte, ausgewählte Grundfragen und eine ausgewählte Vertiefung, hier Axiomatik und Logik, Kurzbiographien). Das Buch wählt gerade nicht den Weg, das Gebiet einseitig aufzubauen, sondern erlaubt eine unabhängige Beschäftigung mit einzelnen Modulen.

Der Einstieg erfolgt mit einem Kapitel über den Weg zu den reellen Zahlen als einführendes Beispiel für die Grundlagenprobleme des Begriffs der Zahl und des Unendlichen. Daran schließt sich ein Abriss der Geschichte der Philosophie der Mathematik von Pythagoras bis heute an. Dabei erhalten die klassischen Fragen vom Altertum bis einschließlich Cantor und Dedekind in etwa den gleichen Raum wie aktuelle Fragen des 20. Jahrhunderts.

Im Kapitel über die Grundfragen werden Zahlbegriff, Unendlichkeit und das Kontinuum in der zeitlichen Entwicklung behandelt. So werden die verschiedenen Herangehensweisen der Theorien in der Beschäftigung mit den Einzelproblemen erkennbar.

Das Kapitel über Mengenlehre trägt der besonderen Bedeutung dieses Fachgebietes Rechnung, die Grundlagen der Mathematik zu schaffen. Es führt auf die Mengenlehren von Zermelo-Fraenkel und die von Neumann, Bernays und Gödel.

Schließlich wird im letzten Kapitel über Axiomatik und Logik die theoretische Grundlage für die Mengenlehre vertieft. Die verwendete Symbolsprache gibt einen Einblick in die Arbeitsweise der Logik und macht Lust auf mehr. Gleichzeitig erlaubt dieses Kapitel die vorangegangenen Kapitel im Licht des mächtigen Apparates der Logik zu reflektieren.

Mit Ausnahme der Vertiefung zur Axiomatik und Logik ist das Buch nicht-technisch. Aber auch die gewählte Symbolik für dieses Kapitel erfordert kein Vorwissen, wird sorgsam vorbereitet und belohnt mit tieferen Einsichten.

Nach Lektüre dieses Buches steht fest: Philosophie der Mathematik ist die schönste Nebensache der Welt (neben der Beschäftigung mit Mathematik). Das Buch ist der geeignete Begleiter dafür.

Rezension: Mark Krüger

12×12 Schlüsselkonzepte zur Mathematik

12x12 Schlüsselkonzepte zur mathematik

12×12 Schlüsselkonzepte zur Mathematik

Oliver Deiser, Caroline Lasser, Elmar Vogt, Dirk Werner
Spektrum Akademischer Verlag, Heidelberg (2011), x+338 Seiten, 19,95 €

ISBN: 978-3-8274-2297-2

Welche mathematischen Begriffe, Ideen, Methoden und Resultate könnten für einen Studierenden des Fachs wichtig sein? Hierauf kann wohl niemand eine von allen akzeptierte Antwort geben. Umso löblicher ist der Versuch der vier Autoren des vorliegenden Buchs, diese Frage wenigstens subjektiv zu beantworten und so dem Studienanfänger einen Wegweiser durch den von ihm zunächst als undurchdringlich empfundenen Dschungel des mathematischen Wissens zu geben.

Hierzu haben sich die Autoren zwölf Themengebiete der Mathematik ausgesucht. Für jedes dieser Gebiete werden zwölf „Schlüsselkonzepte“ auf jeweils zwei bis vier Buchseiten knapp, aber präzise erläutert. Nach einem ersten Abschnitt über die Grundlagen (elementare Logik, Mengenlehre sowie die mathematische Sprache) geht es zunächst in die Welt der Zahlbereiche. Neben dem Bogen von den natürlichen bis zu den komplexen Zahlen stehen hier auch die Quaternionen, eine Einführung in die Nonstandard-Zahlen und die p-adischen Zahlen sowie, etwas neben der Spur, über Zufallszahlen auf dem Programm. Man merkt bereits in diesem Kapitel, dass die Autoren wirklich eine umfassende Allgemeinbildung eines Bachelors der Mathematik im Blick haben. Dieses Ziel scheint mir – soviel sei bereits an dieser Stelle gesagt – trotz der Subjektivität der Auswahl gelungen!

Die Zahlentheorie steht im Mittelpunkt des nächsten Kapitels. Neben Primzahlen, quadratischen Resten sowie diophantischen Gleichungen erfährt der Leser auch etwas über elliptische Kurven sowie über Zahlkörper. Anschließend gibt es eine Einführung in die Welt der diskreten Mathematik inklusive der Graphentheorie. Die nächsten vier Kapitel widmen sich dann dem Grundkanon des Mathematikstudiums: Lineare Algebra, Algebra, elementare und höhere Analysis lauten die Überschriften. Sozusagen als Brücke zum fortgeschrittenen Studium erhält man im folgenden Abschnitt Einblicke in topologische und (differential-)geometrische Fragestellungen; sogar Homotopie und Homologie werden hier kurz angerissen. Mit Numerik und Stochastik kommt im Anschluss auch der Bereich der angewandten Mathematik zur Rede. Ganz am Ende schließt sich thematisch der Kreis: Axiomatische Mengenlehre und Logik werden inklusive der Gödelschen Unvollständigkeitssätze dem Leser nahe gebracht.

Natürlich könnte man als Rezensent nun mit den beliebten Meckereien anfangen: Wo ist dies und jenes unverzichtbare Thema wie etwa der Satz über implizite Funktionen? Was um alles in der Welt hat dieser und jener Abschnitt, der doch nicht alle interessiert, in diesem Buch verloren? Und warum ist Theorie XYZ hier so knapp beschrieben worden? Solch billige Kritik verkennt, dass die Seitenanzahl des Buches beschränkt ist. Mit dieser Randbedingung kann aber die Auswahl nur als gelungen bezeichnet werden: Wer den im Buch angeführten Stoff überblickt, dem kann man getrost eine gute mathematische Allgemeinbildung bescheinigen.

Auch an der Darstellung gibt es nichts auszusetzen. Flüssig und präzise erscheinen die Ausführungen zu den jeweiligen Themen, so dass das Lesen einfach Spaß macht. Der Anfänger kann sich zur gegebenen Zeit (nicht alle Teile sind für einen Erstsemester erreichbar) einen groben Überblick über ein für ihn neues Teilgebiet der Mathematik verschaffen, auch wenn er naturgemäß an einigen Stellen sicher nicht alles verstehen wird.

Trotzdem hat das Buch in meinen Augen ein schwerwiegendes Defizit, nämlich das völlige Fehlen von ein- oder weiterführender Literatur. Nehmen wir als Beispiel einen Zweitsemester, der mit etwas Mühen auf Seite 210 die Idee des Residuensatzes näherungsweise verstanden hat und auf die dort ebenfalls besprochenen Anwendungen bei der reellen Integration neugierig geworden ist, da ihm die uneigentlichen Integrale aus seinen Vorlesungen vertraut sind. Wie schön wäre es jetzt, wenn besagter Studierender mit einer – wenn möglich kommentierten – Bücherliste in die Bibliothek gehen und seinen Wissensdurst stillen könnte! So aber wird er schon fast im Stich gelassen, was die Eignung des vorliegenden Buches als Einführung in die Welt der Mathematik doch ein wenig in Frage stellt – schade!

Trotz des eben beschriebenen Mankos möchte ich das Buch jedem interessierten Studierenden ans Herz legen. Als Orientierungshilfe im Studium macht es durchaus eine gute Figur, und viele spannende Dinge (die man im Wahlbereich des Bachelors so vielleicht nicht in Betracht ziehen würde) gibt es hier zu entdecken. Die fehlenden Literaturhinweise muss man sich anderweitig beschaffen – wozu gibt es schließlich Dozenten?

Rezension: Harald Löwe, Braunschweig

Quelle: Springer Verlag, Mathematische Semesterberichte, Oktober 2011, Band 58, Heft 2, S. 235
Mit freundlicher Genehmigung des Verlags

99 Schnittpunkte

99 schnittpunkte

99 Schnittpunkte
Beispiele - Bilder - Beweise

Hans Walser
Verlag: Edition am Gutenbergplatz Leipzig; 2. Auflage (14. Februar 2012), 188 Seiten, 18,50 €

ISBN-10: 3937219951
ISBN-13: 978-3937219950

Drei Geraden in der Ebene haben in der Regel keinen gemeinsamen Schnittpunkt, und wenn doch, ist das ein Indiz dafür, dass es sich um eine besondere Situation handelt. Viele Leserinnen und Leser erinnern sich gewiss aus dem Geometrieunterricht daran, dass die drei Seitenhalbierenden eines Dreiecks sich in einem Punkt schneiden, nämlich dem Schwerpunkt des Dreiecks. (Zumindest die älteren Semester können das; die Jüngeren haben möglicherweise keinen Geometrieunterricht mehr gehabt.)

In seinem Büchlein „99 Schnittpunkte“ beschreibt der Autor 99 Konstruktionen, bei denen mehrere Geraden oder Kurven überraschenderweise einen gemeinsamen Schnittpunkt besitzen. Das Buch hat drei Teile, von denen der erste eine allgemeine Einführung mit einigen Beispielen ist. Im Hauptteil werden, jeweils durch drei Skizzen und ohne Worte, 99 erstaunliche Schnittpunktkonstellationen vorgestellt; zum Beispiel diese:

99 Schnittpunkte walser Mit freundlicher Genehmigung des Verlags.

Der abschließende dritte Teil bringt einige mathematische Erläuterungen und Begründungen zu den Konstruktionen des zweiten Teils. Der Autor war als Gymnasiallehrer und in der Ausbildung von Lehramtskandidaten tätig und verfügt daher über einen reichen Fundus an geometrischen Beispielen. Liebhaber der Geometrie werden sich an seinem Buch erfreuen.

Rezension: Dirk Werner (FU Berlin)

Algorithmik für Einsteiger

algorithmik für Einsteiger

Algorithmik für Einsteiger

Armin P. Barth
Springer Spektrum; Auflage: 2., überarb. Aufl. 2013 (24. Oktober 2013), 24,99 €

ISBN-10: 3658022817
ISBN-13: 978-3658022815

Gleich vorweg: Uneingeschränkt empfehlenswert ist dieses Lehrbuch für die vom Verlag genannte Zielgruppe, nämlich für Lehrer, Studierende und Gymnasialschüler der Fächer Mathematik und Informatik.

Die Auswahl der Inhalte und ihre Präsentation sind sehr gelungen.

Die Darstellung erfolgt tatsächlich strikt unter dem Motto „für Einsteiger“. So ist es sehr motivierend, dass die einzelnen Abschnitte stets mit einem Überblick über das Folgende eingeleitet werden und auf diese Weise den Leser auf die Inhalte der kommenden Seiten vorbereiten. Sehr hilfreich dürfte es auch sein, dass die Beweise – nicht wie von Autoren der mathematischen Eleganz wegen oft möglichst knapp gehalten – sondern sehr ausführlich und mit erläuternden Zwischenbemerkungen versehen sind. Auch Definitionen fallen nicht unmotiviert vom Himmel, sie werden vielmehr vorbereitet, bevor sie ihre endgültige Form erhalten. Dazu dienen auch immer wiederkehrende kurze Absätze, die die Aufforderung „Zum Nachdenken“ in der Überschrift tragen, und den Leser – auch mit zusätzlichen Informationen – zum Innehalten und selbständigen Nachdenken anleiten wollen.

Nach einführenden Bemerkungen zum Algorithmus-Begriff und seiner historischen Entwicklung im ersten Kapitel (25 Seiten) werden im zweiten wichtige Algorithmen vorgestellt, u. a. der euklidische Algorithmus, ein Primzahltest, die „Türme von Hanoi“ (mit einer ausführlichen Beschreibung der Funktionsweise der Rekursion), einfache (langsame) Sortieralgorithmen, der Dijkstra-Algorithmus zum Durchlaufen von Graphen und aus der Kryptologie der RSA- und ein Zero-Knowledge-Algorithmus (70 Seiten).

Das dritte Kapitel zum Thema „Effizienz von Algorithmen“ erläutert die Landausche Symbolik der O-Schreibweise, führt als Beispiel des divide-and-conquer-Prinzips das schnelle Sortierverfahren von Hoare vor und bringt eine Einführung in die Komplexitätstheorie (40 Seiten). Gerade hier werden die Beweise sehr übersichtlich und ausführlich dargestellt.

Das vierte Kapitel ist den Turing-Maschinen gewidmet (35 Seiten). Hier werden zunächst einige Programme für diese detailliert hergeleitet, bevor die universelle Turing-Maschine beschrieben wird. Die Diskussion der Church-Turing-These beschließt diesen Abschnitt.

Das letzte Kapitel (40 Seiten) – überschrieben mit „Grenzen des Formalisierens“ – führt zum einen die Entdeckung vor, dass es nicht-berechenbare Funktionen und damit Probleme gibt, die prinzipiell nicht von Computern gelöst werden können (neben dem bekannten Halteproblem werden auch weitere Beispiele vorgestellt). Zum anderen wird hier ausführlich auf die Komplexitätstheorie und die P-NP-Problematik der „schwierigsten Probleme der Welt“ eingegangen.

Jedes Kapitel endet mit einer Vielzahl von Aufgaben unterschiedlichen Schwierigkeitsgrades (für einige sind im Anhang Lösungen angegeben) sowie einer Literaturliste.

Rezension: Hartmut Weber (Uni Kassel)