Mathematische Fachgebiete

Wir stellen euch die wichtigsten Fach- und Teilgebiete der Mathematik vor. Charakteristisch für die Mathematik ist, dass die einzelnen mathematischen Gebiete teilweise sehr eng zueinander stehen und oftmals fließend ineinander übergehen.

Algebra

Der Begriff „Algebra“ ist abgeleitet vom Titel des Buchs Al-kitab al-muhtasar fi hisab al-gabr wa’l-muqabala, in dem der persische Mathematiker Mohammed ibn Musa al-Chwarizmi um 830 n. Chr. das systematische Lösen quadratischer Gleichungen beschrieben hat. Die heutige Algebra umfasst aber weit mehr als das Lösen von Gleichungen. Aus den Bemühungen darum sind in den letzten […]

Analysis

Unter Analysis versteht man das Studium reeller Funktionen mit Hilfe der Differenzial- und Integralrechnung. Die Grundlagen hierzu wurden um 1670 von Isaak Newton und Gottfried Wilhelm Leibniz geschaffen. Die Analysis hat sich seither weit verzweigt. Sie wurde auf Funktionen komplexer Variablen (Funktionentheorie) und auf Funktionen, deren Argumente selbst wieder Funktionen sind (Funktionalanalysis) – so genannte […]

Analytische Geometrie

Die analytische Geometrie wurde um 1630 von Pierre de Fermat und René Descartes begründet. Sie erlaubt es geometrische Fragen mit algebraischen Mitteln zu behandeln und zu beantworten. Mit Hilfe eines zwei- oder drei-dimensionalen Koordinatensystems werden geometrische Objekte (Punkte, Geraden, Flächen, Körper) und deren Beziehungen untereinander in algebraische Ausdrücke der zugehörigen (Koordinaten-)Werte übersetzt, die dann umgeformt […]

Arithmetik – Zahlentheorie

Arithmetik oder Zahlentheorie ist die Lehre von den Eigenschaften der Zahlen. Sie umfasst nicht nur den alltäglichen Umgang mit Zahlen, d.h. die Grundrechenarten der Addition, Subtraktion, Multiplikation und Division, sondern vor allem das Studium der Teilbarkeitseigenschaften natürlichen Zahlen. Die Grundbausteine der Zahlen, so zu sagen die Atome, sind die Primzahlen, d.h. die natürlichen Zahlen mit […]

Differenzialgeometrie

In der Differenzialgeometrie werden die Methoden der ->Analysis auf die -> Geometrie angewandt. In der klassischen Differenzialgeometrie werden ebene Kurven, Raumkurven und Flächen hinsichtlich ihrer Krümmungseigenschaften untersucht. Dazu wird teilweise die Sprache der -> Vektoranalysis (Gradient, Divergenz, Rotation) benutzt, vor allem bei der Anwendung der Differenzialgeometrie in der mathematischen Physik. Die moderne Differenzialgeometrie, die in […]

Funktionalanalysis

Die Funktionalanalysis wurde zu Beginn des 20. Jahrhunderts mit dem Ziel entwickelt, allgemeine Methoden für das Lösen linearer Gleichungen zu finden. Dabei wurden die Näherungsmethoden zur Lösung linearer Gleichungssysteme mit endlich vielen Variablen (Iterationsverfahren von Jacobi) auf solche mit unendlich vielen Variablen erweitert, sowie auf Gleichungen, in denen die gesuchte Größe eine Funktion ist und […]

Funktionentheorie

Die Funktionentheorie befasst sich mit Funktionen komplexer Variablen, die im komplexen Sinn differenzierbar, man sagt holomorph, sind. Die Funktionentheorie wird auch als komplexe Analysis bezeichnet.Dabei heißt eine auf einer offenen Menge definierte komplexwertige Funktion f differenzierbar (oder holomorph) in einem Punkt , wenn der Grenzwertexistiert.Eine komplexe Funktion f lässt sich auch als Funktion auf auffassen, […]

Geometrie

Unter Geometrie (griechisch: Erdmessung) versteht man zunächst die klassische oder euklidische Geometrie (auch Elementargeometrie), die in den „Elementen“ von Euklid ausführlich dargelegt wird. Aus mehr oder weniger einsichtigen Definitionen und Grundsätzen (den Postulaten) werden die geometrischen Sätze über Dreiecke und Kreise durch logische Schlüsse auf der Grundlage von Axiomen hergeleitet. Euklid beginnt mit der Definition […]

Graphentheorie

Die Graphen der Graphentheorie haben nichts zu tun mit den Funktionsgraphen der Analysis. Hier handelt es sich hier um Konfigurationen, die aus Punkten, den Knoten, und Kurven, den Kanten, bestehen. Eine Kante verbindet immer zwei Knoten, die auch zusammenfallen dürfen – man hat dann eine Schlinge. Zwei Knoten können durch mehrere Kanten verbunden werden. Da […]

Gruppentheorie

Die Gruppe ist eine der am häufigsten verwendeten Strukturen in der Mathematik. Sie trat zuerst explizit im Zusammenhang mit der Auflösung algebraischer Gleichungen (nach Vorarbeiten von Joseph-Louis Lagrange und der Untersuchung von Augustin Cauchy über Permutationen, d.h. bijektiver Abbildungen endlicher Mengen) um 1830 bei Evariste Galois auf. Die heute gebräuchliche axiomatische Beschreibung wurde 1882 von […]

Kategorientheorie

Die Kategorientheorie liefert einen abstrakten Rahmen für den Vergleich von mathematischen Strukturen. Beispielsweise bilden in der ->Topologie die topologischen Räume und die Menge der stetigen Abbildungen zwischen topologischen Räumen eine Kategorie. Man nennt die topologischen Räume die Objekte der Kategorie und für je zwei topologische Räume X und Y die Menge der stetigen Abbildungen die […]

Kryptologie

Die Kryptologie ist die Wissenschaft von den Ver- und Entschlüsselungsverfahren, wobei die Lehre von Verschlüsselungsverfahren auch als Kryptographie bezeichnet wird. Die Sicherung von zu übermittelnden Botschaften (Informationen) ist zu allen Zeiten betrieben worden, sei es durch Verwendung von Geheimsprachen oder durch Verschlüsselung. Bis weit ins 20. Jahrhundert betraf dies vorwiegend militärische Geheimnisse, seitdem aber auch […]

Mathematische Logik

Aufgabe der mathematischen Logik ist es ein Grundlage für die präzise Formulierung mathematischer Aussagen und Beweise zu schaffen. Gewöhnlich wird die klassische Aussagenlogik mit den zwei Wahrheitswerten, „wahr“ oder „falsch“ verwendet – einen Drittes gibt es nicht (tertium non datur; Gesetz vom ausgeschlossenen Dritten). In der mehrwertigen Logik kann es zwischen „wahr“ und „falsch“ auch […]

Mengenlehre

Die Mengenlehre wurde von Georg Cantor in den achtziger Jahren des 19. Jahrhunderts entwickelt. Sie ist heute die Sprache der Mathematik, denn fast alle mathematischen Aussagen werden mit Hilfe von Mengen, Abbildungen und Relationen ausgedrückt. Cantor schrieb 1895: „Unter einer „Menge“ verstehen wir jede Zusammenfassung M von bestimmten wohlunterschiedenen Objekten m unserer Anschauung oder unseres […]

Nichtstandard Analysis

Die Nichtstandardanalysis (engl. non-standard analysis) wurde in den 60er Jahren des 20. Jahrhunderts vor allem von Abraham Robinson entwickelt. Sie geht davon aus, dass es – im Gegensatz zur herkömmlichen Standard-Analysis – unendlich kleine und unendlich große Zahlen gibt, mit denen ganz normal gerechnet werden kann. Damit wird das archimedische Axiom außer Kraft gesetzt. Dieses […]

Numerische Mathematik

Die näherungsweise Berechnung reeller Zahlen ist fast so alt wie die Mathematik. Bereits bei den Babyloniern findet man eine Approximation der Zahl durch eine rationale Zahl. Allgemeine numerische Methoden zur Berechnung von Zahlwerten oder von Funktionen zu finden ist die Aufgabe der numerischen Mathematik – kurz auch Numerik genannt. Im Wesentlichen stellen sich zwei Aufgaben: […]

Stochastik – Wahrscheinlichkeitsrechnung

Die Stochastik – Zusammenfassung von Wahrscheinlichkeitsrechnung und Statistik – beschäftigt sich mit Zufallsexperimenten und deren Wahrscheinlichkeiten. Als Ursprung der Wahrscheinlichkeitsrechnung werden Fragen zum Würfelspiel angesehen, die man Mitte des 17.Jahrhunderts dem Mathematiker Blaise Pascal gestellt hat. Ein davon lautet: Was ist wahrscheinlicher, mit einem Würfel in vier Versuchen eine 6 zu würfeln (Wahrscheinlichkeit A) oder […]

Theoretische Mathematik

Die Mathematik als Wissenschaft ist gemeinsam mit der Philosophie in der griechischen Antike entstanden. Obwohl man bereits seit Jahrtausenden in Mesopotamien und in Ägypten gerechnet und gemessen hat, waren griechische Mathematiker (wie Thales und Pythagoras mit seinen Schülern) um 600 v. Chr. die Ersten, die sich mit Zahlen und ihren Eigenschaften sowie mit geometrischen Fragestellungen […]

Topologie

Die Topologie, eine sehr junge mathematische Disziplin, befasst sich mit Eigenschaften geometrischer Gebilde, die bei „elastischen Verformungen“ (Dehnen, Stauchen, Verbiegen, Verzerren) erhalten bleiben. Man sagt, die betreffenden Gebilde seien homöomorph oder topologisch äquivalent. So kann eine Kreisschreibe in ein Dreieck deformiert werden oder ein Donut (oder ein Vollgummireifen) in eine Kaffeetasse mit einem Henkel. Auch […]

Versicherungsmathematik

Die Versicherungsmathematik ist Teil der angewandten Mathematik; sie beschäftigt sich mit der Messung von Risiken und wird bei Banken, Lebens-, Kranken-, Pensions- und Schadensversicherungen angewandt. Dabei werden die versicherten Risiken mathematisch modelliert und mit Methoden der Wahrscheinlichkeitsrechnung und der Statistik behandelt. So fragt die Lebensversicherung nach statistischen Durchschnittswerten für die Lebenserwartung und macht davon die […]