Folkmar Bornemann - Böcker

Mathematics is playing an ever more important role in the physical and biological sciences, provoking a blurring of boundaries between scientific disciplines and a resurgence of interest in the modern as well as the classical techniques of applied mathematics. This renewal of interest, both in re­ search and teaching, has led to the establishment of the series Texts in Applied Mathematics (TAM). The development of new courses is a natural consequence of a high level of excitement on the research frontier as newer techniques, such as numeri­ cal and symbolic computer systems, dynamical systems, and chaos, mix with and reinforce the traditional methods of applied mathematics. Thus, the purpose of this textbook series is to meet the current and future needs of these advances and to encourage the teaching of new courses. TAM will publish textbooks suitable for use in advanced undergraduate and beginning graduate courses, and will complement the Applied Mathe­ matical Sciences (AMS) series, which will focus on advanced textbooks and research-level monographs.

This book takes readers on a thrilling tour of some of the most important and powerful areas of contemporary numerical mathematics. The tour is organized along the 10 problems of the SIAM 100-Digit Challenge, a contest posed by Nick Trefethen of Oxford University in the January/February 2002 issue of SIAM News. The complete story of the contest as well as a lively interview with Nick Trefethen are also included.The authors, members of teams that solved all 10 problems, show in detail multiple approaches for solving each problem, ranging from elementary to sophisticated, from brute-force to schemes that can be scaled to provide thousands of digits of accuracy and that can solve even larger related problems. The authors touch on virtually every major technique of modern numerical analysis: matrix computation, iterative linear methods, limit extrapolation and convergence acceleration, numerical quadrature, contour integration, discretization of PDEs, global optimization, Monte Carlo and evolutionary algorithms, error control, interval and high-precision arithmetic, and many more.The SIAM 100-Digit Challenge: A Study in High-Accuracy Numerical Computing gives concrete examples of how to justify the validity of every single digit of a numerical answer. Methods range from carefully designed computer experiments to a posteriori error estimates and computer-assisted proofs based on interval arithmetic.This book will aid readers in developing problem-solving skills for making judicious method selections. The chapters may be read independently. Appendices A and B include basic methods of convergence acceleration and details of computing the solutions to very high accuracy. Full code for all the methods, examples, tables, and figures is given (partly in Appendix C, completely on the accompanying web page. The code is written in a variety of languages, including Mathematica, MATLAB, Maple, C, Octave, and PARI/GP. Appendix D offers a sample of additional challenging problems for those who master some of the techniques discussed here.

Mathematics is playing an ever more important role in the physical and biological sciences, provoking a blurring of boundaries between scientific disciplines and a resurgence of interest in the modern as well as the classical techniques of applied mathematics. This renewal of interest, both in re­ search and teaching, has led to the establishment of the series Texts in Applied Mathematics (TAM). The development of new courses is a natural consequence of a high level of excitement on the research frontier as newer techniques, such as numeri­ cal and symbolic computer systems, dynamical systems, and chaos, mix with and reinforce the traditional methods of applied mathematics. Thus, the purpose of this textbook series is to meet the current and future needs of these advances and to encourage the teaching of new courses. TAM will publish textbooks suitable for use in advanced undergraduate and beginning graduate courses, and will complement the Applied Mathe­ matical Sciences (AMS) series, which will focus on advanced textbooks and research-level monographs.

This book offers an introduction to the algorithmic-numerical thinking using basic problems of linear algebra. By focusing on linear algebra, it ensures a stronger thematic coherence than is otherwise found in introductory lectures on numerics. The book highlights the usefulness of matrix partitioning compared to a component view, leading not only to a clearer notation and shorter algorithms, but also to significant runtime gains in modern computer architectures. The algorithms and accompanying numerical examples are given in the programming environment MATLAB, and additionally – in an appendix – in the future-oriented, freely accessible programming language Julia. This book is suitable for a two-hour lecture on numerical linear algebra from the second semester of a bachelor's degree in mathematics.

Dieses Buch führt seine Leser auf einen packenden Streifzug durch die wichtigsten und leistungsfähigsten Bereiche zeitgenössischer numerischer Mathematik. Die Route orientiert sich an den 10 Wettbewerbsaufgaben der "SIAM 10 x 10-Digit Challenge", mit der Nick Trefethen aus Oxford im Frühjahr 2002 seine Kollegen und ihre Doktoranden weltweit herausforderte: jede der in wenigen Sätzen formulierten, hochgradig nichttrivialen Aufgaben verlangt dabei nach der Berechnung der ersten 10 Ziffern einer reellen Zahl.Für jede Aufgabe wird eine Vielfalt von Lösungsmethoden diskutiert und dabei so gut wie jede bedeutendere Technik moderner numerischer Mathematik gestreift. Viele aus der Praxis stammende Hinweise helfen dem Leser, Kompetenzen im Lösen numerischer Probleme zu entwickeln und zu lernen, unter konkurrierenden Methoden eine wohlüberlegte Wahl zu treffen. Der vollständige lauffähige Programmtext aller Verfahren, Beispiele, Tabellen und Figuren steht auf der begleitenden Webseite www.numerikstreifzug.de zur Verfügung.

This book is about the explicit elimination of fast oscillatory scales in dynamical systems, which is important for efficient computer-simulations and our understanding of model hierarchies. The author presents his new direct method, homogenization in time, based on energy principles and weak convergence techniques. How to use this method is shown in several general cases taken from classical and quantum mechanics. The results are applied to special problems from plasma physics, molecular dynamics and quantum chemistry. Background material from functional analysis is provided and explained to make this book accessible for a general audience of graduate students and researchers.

Dieses Lehrbuch führt den Leser in konkrete Techniken und Begriffe der Analysis ein, mit deren Hilfe sich komplexe quantitative Zusammenhänge vereinfachen und verstehen lassen. Es richtet sich in erster Linie an Studierende der Informatik, ist aber auch für Studierende der Mathematik und Physik mit Interesse an diskreten Strukturen eine willkommene ergänzende Einführung in so grundlegende analytische Werkzeuge wie Abschätzung, Approximation und Asymptotik. Besonderheiten der Darstellung sind (a) die Betonung von Ideenbildung und Argumentationshierarchien (von der Graphik zum Beweis), (b) der Einsatz von Computeralgebra-Systemen für rein kalkulatorische Aufgaben, (c) das wiederholte Aufgreifen von Beispielen mit verfeinerten Techniken und veränderten Blickwinkeln und (d) die Motivation anhand von Problemen aus der Informatik. Das Buch wird von einer hyperverlinkten PDF-Version begleitet, die Verweise auf Begriffserklärungen, biografische Daten und weiterführendes Material enthält.

Dieses Buch führt anhand grundlegender Problemstellungen der linearen Algebra in das algorithmisch-numerische Denken ein. Die Beschränkung auf die lineare Algebra sichert dabei eine stärkere thematische Kohärenz als sie sonst in einführenden Vorlesungen zur Numerik zu finden ist. Die Darstellung betont die Zweckmäßigkeit von Matrixpartitionierungen gegenüber einer komponentenweisen Betrachtung, was sich nicht nur in einer übersichtlicheren Notation und kürzeren Algorithmen auszahlt, sondern angesichts moderner Computerarchitekturen auch zu signifikanten Laufzeitgewinnen führt. Die Algorithmen und begleitenden numerischen Beispiele werden in der Programmierumgebung MATLAB angegeben, zusätzlich aber in einem Anhang auch in der zukunftsweisenden, frei zugänglichen Programmiersprache Julia. Das vorliegende Buch eignet sich für eine zweistündige Vorlesung über numerische lineare Algebra ab dem zweiten Semester des Bachelorstudiengangs Mathematik.Die zweite Auflage enthält neben Verbesserungen und Ergänzungen (etwa ein neu bearbeiteter Abschnitt zur Fehleranalyse linearer Gleichungssysteme) weitere zwanzig Aufgaben und wurde an die im August 2018 vorgestellte, nun erstmalig vorwärtskompatible Version 1.0 von Julia angepasst.