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# Mathematik - eine Einführung
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## Zur Beliebtheit der Mathematik
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## Zur Beliebtheit der Mathematik {/* #zur-beliebtheit-der-mathematik */}
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Mathematik wird als nicht besonders beliebtes Schulfach gesehen.
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Dabei galt es 2010 noch als eines der Lieblingsfächer der Deutschen. [^1]
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Trotzdem scheint es so, als ob die meisten das Fach nicht mögen, wenn man sich so umhört.
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@@ -16,7 +16,7 @@ doch diese wäre für den Schulunterricht ungeeignet.
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Lediglich in der gymnasialen Oberstufen werden ein paar wenige Konzepte der höheren Mathematik eingeführt,
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wenngleich nicht mit einer hohen mathematischen Strenge oder Abstraktion.
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## Mathematik ist überall
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## Mathematik ist überall {/* #mathematik-ist-überall */}
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Aber Mathematik umgibt uns ständig. Wesentliche Zusammenhänge in der Natur lassen sich durch Mathematik beschreiben.
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Zahlen und das Rechnen mit ihnen ist unser täglich Brot, wenn wir beim Bäcker etwas kaufen.
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Sie ist enorm wichtig für uns Menschen, da viele ingenieurwissenschaftlichen Erkenntnisse auf ihr mit der Physik beruhen.
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@@ -32,7 +32,7 @@ Galileo Galilei lebte bis ins 17. Jahrhundert, das war lange bevor die Mathemati
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Die neuzeitliche Mathematik, wie sie heute betrieben wird, entwickelte sich erst im 19. und 20. Jahrhundert.
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Dennoch spielte die Mathematik bereits in der Antike und seit jeher eine wichtige Rolle.
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## Mathematik = Rechnen?
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## Mathematik = Rechnen? {/* #mathematik--rechnen */}
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Mathematik entstand aus der Untersuchung von geometrischen Figuren und dem Rechnen mit Zahlen.
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Jedoch hat sie sich weiterentwickelt zu etwas, das mit bloßem Rechnen nicht mehr viel zu tun hat.
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Auch die Geometrie hat sich zu etwas entwickelt, was wir uns so gar nicht mehr vorstellen können.
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@@ -48,7 +48,7 @@ Ein wahrer logischer Beweis ist prinzipbedingt endgültig und allgemeingültig w
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Im Vergleich dazu werden naturwissenschaftliche Erkenntnisse durch Experimente bestätigt und müssen durch Experimente
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auch falsifiziert werden können. Solche Erkenntnisse sind daher vorläufig, das kennt die Mathematik nicht.
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### Ein Versuch einer Definition
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### Ein Versuch einer Definition {/* #ein-versuch-einer-definition */}
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Eine gemeinhin anerkannte Definition existiert nicht, aber ein grober Versuch zu beschreiben,
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was die Mathematik ist oder macht könnte folgendermaßen aussehen:
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@@ -60,14 +60,14 @@ auf ihre Eigenschaften und Muster untersucht.[^2]
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## Einteilung der Mathematik
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### Reine Mathematik
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## Einteilung der Mathematik {/* #einteilung-der-mathematik */}
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### Reine Mathematik {/* #reine-mathematik */}
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Die reine Mathematik beschäftigt sich vorzugsweise mit der Untersuchung der mathematischen Strukturen und Objekte innerhalb der Mathematik.
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Die Theorien dazu werden ggf. erweitert oder verallgemeinert und neue Verbindungen erkannt.
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Dazu werden neue Definitionen eingeführt.
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Außerdem müssen die Verbindungen mathematisch bewiesen und in mathematischer Strenge als Sätze formuliert werden.
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### Angewandte Mathematik
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### Angewandte Mathematik {/* #angewandte-mathematik */}
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In der angewandten Mathematik werden die Erkenntnisse der Mathematik auf reale Probleme in anderen Wissenschaften wie
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Naturwissenschaften, Informatik und Technik angewandt.
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Hierbei wird das Problem aus dem anderen Bereich mathematisch modelliert.
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@@ -88,12 +88,12 @@ Folgende Gebiete kann man zur angewandten Mathematik zählen, die mehr oder weni
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- Wirtschaftsmathematik
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- Theoretische Informatik
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## Teilgebiete der Mathematik
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## Teilgebiete der Mathematik {/* #teilgebiete-der-mathematik */}
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Die Mathematik hat viele Teilgebiete.
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Vier davon sind besonders hervorzuheben, da sie für viele andere Teilgebiete die absoluten Grundlagen bereitstellen.
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### Fundamentale Gebiete
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#### Logik und Mengenlehre
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### Fundamentale Gebiete {/* #fundamentale-gebiete */}
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#### Logik und Mengenlehre {/* #logik-und-mengenlehre */}
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Die Logik ist nicht nur fundamental in der Mathematik.
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Auch in der Philosophie und Informatik spielt sie eine entscheidende Rolle.
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@@ -136,7 +136,7 @@ In u.a. folgende Untersuchungs- und Teilgebiete lässt sich die (mathematische)
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- Mengenoperationen
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- Relationen und Funktionen
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#### Algebra
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#### Algebra {/* #algebra */}
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Die Algebra wird in der Schule häufig als das "Rechnen mit Unbekannten" und "Lösen von Gleichungen" eingeführt.
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Die Theorie der Algebra hat sich allerdings weiterentwickelt und abstrahiert.
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@@ -158,7 +158,7 @@ Folgende Untersuchungs- und Teilgebiete können u.a. der Algebra zugeordnet werd
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- Lineare Gleichungssysteme
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- Affine Geometrie
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#### Analysis
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#### Analysis {/* #analysis */}
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Die Analysis ist v.a. für Natur- und Ingenieurwissenschaften relevant.
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Sie beschäftigt sich hauptsächlich mit Funktionen in den *reellen* und *komplexen Zahlen*.
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@@ -179,7 +179,7 @@ Folgende Untersuchungs- und Teilgebiete können u.a. der Analysis zugeordnet wer
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- Funktionalanalysis (Kombination aus Algebra und Analysis)
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- Differentialgleichungen
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#### Topologie
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#### Topologie {/* #topologie */}
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Die Topologie beschäftigt sich mit mathematischen Strukturen, deren Struktur unter stetigen Verformungen erhalten bleiben.
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:::note Topologie
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@@ -194,8 +194,8 @@ Ebenso Begriffe wie Grenzwerte.
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Als Grundlegende Strukturen werden dabei die *topologischen Räume* eingeführt.
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Ein Spezialfall eines topologischen Raumes ist der *metrische Raum*, welcher auch in der Analysis eine bedeutende Rolle spielt.
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### Weitere Teilgebiete
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#### Diskrete Mathematik
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### Weitere Teilgebiete {/* #weitere-teilgebiete */}
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#### Diskrete Mathematik {/* #diskrete-mathematik */}
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Die diskrete Mathematik beschäftigt sich mit diskreten Strukturen, während die Analysis bspw. als *kontinuierlich* beschrieben werden kann.
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Sie spielt v.a. in der Informatik eine wichtige Rolle.
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@@ -212,7 +212,7 @@ Als Untersuchungs- und Teilgebiete der diskreten Mathematik können folgende auf
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- Kombinatorik
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- Zahlentheorie
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#### Numerik
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#### Numerik {/* #numerik */}
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Durch die Erkenntnisse der Numerik lassen sich näherungsweise Lösungen durch Computer berechnen.
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:::note Numerische Mathematik
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@@ -226,7 +226,7 @@ Wenn ein gegebenes Problem mathematisch zu berechnen sehr aufwändig ist und man
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dann kann es Wert sein, eine numerische Lösung dafür zu finden, die erheblich einfacher ist,
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ganz unabhängig von Computern (z.B. Überschlagen einer Rechnung im Kopf).
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#### Stochastik und Statistik
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#### Stochastik und Statistik {/* #stochastik-und-statistik */}
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In der Mathematik sind Ergebnisse erstmal vorherbestimmt, da z.B. eine Rechnung eben nur ein Ergebnis liefert.
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Es gibt jedoch in der echten Welt auch so etwas wie Zufall.
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Da wir die Mathematik gerne als Beschreibungssprache theoretischer Zusammenhänge verwenden,
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@@ -264,7 +264,7 @@ Folgende Untersuchungs- und Teilgebiete der Stochastik und Statistik können gen
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- Induktive Statistik
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- Explorative Statistik
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#### Geometrie
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#### Geometrie {/* #geometrie */}
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Geometrie handelte früher von Punkten und Geraden und Figuren, die man damit erstellen konnte.
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Ganz anschaulich konnte man damit Figuren zeichnen und konstruieren.
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Mittlerweile hat sich die Geometrie zu etwas weiterentwickelt, von dem man gar nicht mehr annehmen würde, dass es Geometrie ist.
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@@ -289,7 +289,7 @@ Folgende Untersuchungs- und Teilgebiete der Geometrie können genannt werden:
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- Nichteuklidische Geometrie
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- Differentialgeometrie
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#### Zahlentheorie
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#### Zahlentheorie {/* #zahlentheorie */}
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Die Zahlentheorie beschäftigt sich hauptsächlich mit Zahlen.
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In der *elementaren Zahlentheorie* insbesondere mit den *ganzen Zahlen*.
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Begriffe wie Teilbarkeit kommen aus diesem Teilgebiet, genauer gesagt aus der Arithmetik..
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