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Mathematische Methoden für das Lehramt L3

(Wintersemester 2024/2025)

Carl
              Friedrich Gauß

\begin{equation*} \begin{split} m \ddot{x} + m \gamma \dot{x} + m \omega^2 x=0,\\[2mm] \int_{V} \dd^3 x \vec{\nabla} \cdot \vec{V} = \int_{\partial V} \dd^2 \vec{f} \cdot \vec{V},\\[2mm] \int_{A} \dd^2 \vec{f} \cdot (\vec{\nabla} \times \vec{V}) = \int_{\partial A} \dd \vec{x} \cdot \vec{V}. \end{split} \end{equation*}

Leonhard
              Euler

Vorlesung

Hendrik van Hees
E-Mail: hees@itp.uni-frankfurt.de
Mo. 13:15-14:45 PHYS 02.114

Erste Vorlesung: Montag, 14.10. 13:15h

OLAT: Link
Bitte tragen Sie sich dort ein, damit Sie am Tutorium teilnehmen können. Dort werden auch die Aufgabenblätter und die dazugehörigen Musterlösungen zur Verfügung gestellt.


Studienplan (vorläufig)

1. Woche (14.10.-18.10.): Lineare und quadratische Gleichungen, Stetigkeit und Differenzierbarkeit von Funktionen, Ableitungsregeln (Skript 1.5-1.7.3)

2. Woche (21.10.-25.10.): Winkelfunktionen und ihre Umkehrfunktionen
3. Woche (28.10.-01.11.): Integralrechnung, Stammfunktionen, Logarithmus und Exponentialfunktionen (Skript 1.8.1-1.8.6)
4. Woche (04.11.-08.11.): Potenzreihen und analytische Definition der trigonometrischen Funktionen (Skript 1.8.8-1.9)
5. Woche (11.11.-15.11.): Einfache Differentialgleichungen, radioaktiver Zerfall, Harmonischer Oszillator I (Skript 5.1.1 + 5.3)
6. Woche (18.11.-22.11.): Harmonischer Oszillator II (Skript 5.4-5.5)
7. Woche (25.11.-29.11.): Vektoren, Basen, kartesische Basen (Skript 2.1-2.3)
8. Woche (02.12.-06.12.): Basistransformationen, Kreuzprodukt (Skript 2.3-2.4)
9. Woche (09.12.-13.12.): Lineare Gleichungssysteme, Gaußsches Eliminationsverfahren, Determinanten (Skript 2.6.1-2.6.3)
10. Woche (16.12.-20.12.): Transformationsverhalten des Kreuzprodukts, Drehungen, Hauptachsentransformationen (Skript 2.6.4, 2.7-2.8)

Weihnachtspause

11. Woche (13.01.-17.01.): Skalare Felder, Gradient und Richtungsableitung (Skript 3.4)
12. Woche (20.01.-24.01.): Vektorfelder, Divergenz und Rotation; Potentialfelder (Skript 3.6-3.7)
13. Woche (27.01.-31.01.): Wegintegrale, Flächenintegrale und Stokesscher Integralsatz (Skript 3.8-3.9)
14. Woche (03.02.-07.02.): Volumenintegrale und Gaußscher Integralsatz (Skript 3.11)
15. Woche (10.02.-14.02.): Skalarpotentiale und Lemma von Poincare


Manuskript

Das Manuskript ist bzgl. der Inhalte vollständig. Es kann sein, dass im Laufe des Semesters noch Änderungen vorgenommen werden.
Hier finden Sie immer die aktuelle Version:
Manuskript (Version vom 02.07.2024)


Übungen

Tutor: Hendrik van Hees
E-Mail: hees@itp.uni-frankfurt.de
 Mo 14:45-15:30h PHYS 02.114
Erster Termin: 21.10. 14:45h

Die Übungsblätter werden montags in OLAT hochgeladen (Abgabe bis zum darauffolgenden Sonntag 23:59h)

Blatt 01: Lineare und quadratische Gleichungen, binomische Formel, Leibnizsche Produktableitungsregel [pdf]; Lösungen [pdf]
Blatt 02: Ableitungen; Hyperbelfunktionen [pdf]; Lösungen [pdf]
Blatt 03: Integration; Fläche einer Ellipse [pdf]; Lösungen [pdf]
Blatt 04: Einfache Differentialgleichungen aus der Mechanik [pdf]; Lösungen [pdf]
Blatt 05: Resonanzkatastrophe beim linearen getriebenen Oszillator; Fobenius-Methode [pdf]; Lösungen [pdf]
Blatt 06: Vektoren in der Ebene; Cosinus-Satz; Cauchy-Schwarzsche Ungleichung [pdf]; Lösungen [pdf]
Blatt 07: Vektorprodukt, Kronecker- und Levi-Civita-Symbol [pdf]; Lösungen [pdf]
Blatt 08: Reziproke Basen; Hessesche Normalform einer Ebenengleichung [pdf]; Lösungen [pdf]
Blatt 09: Lösung eines linearen Gleichungssystems; Inversion einer Matrix [pdf]; Lösungen [pdf]
Blatt 10: Drehungen um eine beliebige Achse [pdf]

Studienleistungen

Teilnahmenachweis und Übungen:

Die Übungsblätter zum Tutorium werden ebenfalls über OLAT bereitgestellt. Diese sollten in der jeweiligen Woche bearbeitet werden, und Sie sollten Ihre Lösungen zum jeweiligen Termin dort zur Korrektur einreichen. Der Teilnahmenachweis, der auch Bedingung für die Modul-Abschlussprüfung ist, kann erbracht werden durch aktive Teilnahme an den Übungen (maximal zweimaliges unbegründetes Fehlen) oder durch Abgabe der Übungen in OLAT und Erreichen von mindestens 50% der Punkte.

Klausur (Modulprüfung Physikalische Modelle I nach der Prüfungsordnung von 2023):

Es wird der gesamte Stoff des Moduls, also die Inhalte von Mathematische Methoden für das Lehramt L3, Theoretische Physik für das Lehramt L3 I (Mechanik) geprüft

Zulassungsvoraussetzung: Erwerb der Teilnahmenachweise für Mathematische Methoden, Theoretische Physik I

Ab dem WS 2023/2024 müssen Sie sich sowohl für den Teilnahmenachweis als auch für die Modulabschlussprüfung im elektronischen System unter Goethe-Campus anmelden [Link zur Prüfungsanmeldung]. Beachten Sie die Anmelde- und Rücktrittsfristen! Sollten Sie den Teilnahmenachweis am Ende des Semsters nicht erbracht haben, entsteht Ihnen durch die Anmeldung kein Nachteil!


Online-Material

Online-Mathematik-Brückenkurs von der DPG

Die Deutsche Physikalische Gesellschaft bietet einen kostenlosen Online-Mathematik-Brückenkurs an, mit dem man die Kenntnisse in Schulmathematik durch aktives Üben auffrischen kann: OMB+

Lehrbücher zur Theoretischen Physik

Im folgenden finden Sie eine Auswahl von Links zu E-Books des Springer Verlags, die im Netz der GU frei zugänglich sind. Man kann auch außerhalb des Netzes der GU mittels VPN oder SOCKS-Proxy (z.B. via ssh) zugreifen. I.a. sind die Lehrbücher im pdf-Format vorhanden, manchmal auch im epub-Format. Erfahrungsgemäß sind wegen der Formeln nur die pdf-Versionen wirklich gut lesbar (sowohl online als auch ausgedruckt).

Zum Selbersuchen von Physik-E-Books bei Springer:
Springer Links oder im Katalog der Uni-Bibliothek Neues Suchportal der Uni-Bibliothek

Lehbücher zur Mathematik

K. Hefft, Mathematischer Vorkurs zum Studium der Physik, 2. Aufl., Springer Spektrum Berlin (2018)
S. Großmann, Mathematischer Einführungskurs für die Physik, 10. Aufl., Springer Verlag, Berlin, Heidelberg (2012).

Vorlesungsmanuskripte

H. van Hees, Skript zu "Mathematische Ergänzungen zur Theoretischen Physik 1" [pdf]
H. van Hees, Skript zu "Mathematische Ergänzungen zur Theoretischen Physik 2" [pdf]
W. Cassing, H. van Hees, Mathematische Methoden für Physiker [pdf]
Homepage von Prof. H.-J. Lüdde mit vielen Links zu Manuskripten, E-Learning-Material etc. zu den Vorlesungen Theoretische Physik für das Lehramt L3 I-III


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Letzte Änderung: 16.12.2024