\( \newcommand{\dd}{\mathrm{d}} \) \(\DeclareMathOperator{\sign}{sign} \) \(\newcommand{\pvec}[1]{\vec{#1}^{\,\prime}} \) \( \newcommand{\R}{\mathbb{R}} \) \( \newcommand{\ii}{\mathrm{i}} \) \( \newcommand{\dd}{\mathrm{d}} \)

Mathematische Methoden für das Lehramt L3

(Sommersemester 2020)

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


Aktuelles

14.07.: Der Screencast für die Vorlesung der 13. Vorlesungswoche und der Zusatz über das Transformationsverhalten des Vektorprodukts unter Drehungen ist online unter Vorlesungen

07.07.:
Der Screencast für die Vorlesung der 12. Vorlesungswoche ist online unter Vorlesungen

12.06.: Ich habe im Skript um einen ausführlichen Abschnitt 5.6 zur Lösungsmethode von bestimmten linearen Differentialgleichungen (der sog. Fuchsschen Klasse) mittels verallgemeinerter Potenzreihen (Frobenius-Methode) eingefügt.

04.06.: Die Screencasts über Taylor-Reihen (Potenzreihen) und Differentialgeichungen (harmonischer Oszillator) stehen unter Vorlesung zur Verfügung. Bei den Lösungen zu Blatt 6 habe ich noch ein Bildchen zu den Einheitswurzeln eingefügt.

26.05.:
Die Screencasts über komplexe Zahlen und separierbare Differentialgleichungen stehen unter Vorlesung zur Verfügung. Die Lösungen zu Blatt 5 wurden um mehr Details ergänzt.

05.05.:
Der Screencast über die Hyperbelfunktionen steht ab sofort auf der GU-MediaSite oder direkt hier auf der Seite unter Vorlesung zur Verfügung.

30.04.:
Die Vorlesungsplanung für das Semester findet sich hier auf der Seite unter Studienplan

29.04.: Der Screencast über die vollständige Induktion steht ab sofort auf der GU-MediaSite oder direkt hier auf der Seite unter Vorlesung zur Verfügung.

23.04.: Der Termin für das regelmäßige Zoom-Meeting ist Dienstags um 11:00h (s.t.). Die Login-Daten habe ich über das E-Learning-Portal verschickt. Denken Sie daran, Ihre E-Mails über den HRZ-Acount der Goethe-Uni regelmäßig zu lesen (falls Sie das nicht ohnehin schon tun), damit Sie diese E-Mails immer rechtzeitig erhalten!

19.04.: Sie finden ein kurzes Movie mit den Erläuterungen zum Ablauf von Vorlesung und Tutorium auf meiner GU-MediaSite oder direkt hier auf der Seite unter Vorlesung.


Informationen bzgl. der Maßnahmen aufgrund der Covid-19-Pandemie

Angesichts der besonderen Situation aufgrund der Covid-19-Pandemie finden voraussichtlich, zumindest zu Beginn des Semesters, die Vorlesungen und Übungen nur über "E-Learning-Kanäle" statt. Die unten angegebenen Zeiten sind demnach als Richtwerte anzusehen, die in dem Fall gelten, dass ein Präsenzstudium wieder möglich wird.

Als Ersatz für die Präsenz-Vorlesungen greifen Sie bitte auf die Aufzeichnungen vom Sommersemester 2019 zurück. Den Link finden Sie unten auf dieser Webpage.

Das Manuskript zur Vorlesung finden Sie ebenfalls unten zum Download.

Zur generellen Organisation der Veranstaltung wird ein E-Learning-Portal beim Fachbereich Physik eingerichtet. Dort können Sie sich ab sofort anmelden:

E-Learning-Portal

Innerhalb des Portals müssen Sie sich auch zur Übung anmelden, wenn Sie an dieser teilnehmen wollen.

Es werden dort u.a. die Übungsblätter zum Tutorium bereitgestellt. Diese sollten in der jeweiligen Woche bearbeitet werden, und Sie sollten Ihre Lösungen zum jeweiligen Termin dort zur Korrektur durch Ihren Tutor einreichen. Während der Zeit, in der eine "reale Teilnahme" an der Übung wegen der Covid-19-Pandemie nicht möglich ist, dienen Ihre eingereichten Lösungen auch der Leistungskontrolle für den Modulschein, der Prüfungsvoraussetzung für die Modulabschlussprüfung ist. Als erfolgreich an der Übung teilgenommen gilt hierbei, wenn Sie mindestens 50% der Aufgabenpunkte erreicht haben. Wie im Präsenzbetrieb dürfen Sie maximal zweimal unentschuldigt "fehlen" bzw. das Kriterium für eine erfolgreiche Bearbeitung der Übungsblätter nicht erfüllen. Von der Bewertung ausgenommen ist der Schul-Mathe-Test in der ersten Woche.

Zur "off-line-Kommunikation" zwischen allen Kursteilnehmern (Studierende, Dozent, Tutor) wird auf dem E-Learning-Portal ein Internet-Forum für Diskussionen aller Art eingerichtet. Das umfasst sowohl Fragen zur Organisation als auch vor allem zum Inhalt der Vorlesungen und Übungen. Die Forums-Software lässt dabei auch den Satz von Formeln zu, so dass die Diskussion auch von Fachinhalten problemlos möglich ist.

Zur "on-line-Kommunikation" wird es regelmäßig (mindestens einmal pro Woche, bei Bedarf aber auch gerne öfter) ein Online-Meeting. Hierbei verwenden wir Zoom. Sie erhalten den jeweiligen Link rechtzeitig vor den Meetings.

Bitte schauen Sie möglichst regelmäßig für neue Informationen auf diese Webpage!

Ich hoffe, dass wir trotz dieser komplizierten Situation, in der ein Präsenzstudium voraussichtlich unmöglich ist, ein sinnvolles Lehrangebot zur Verfügung stehen können. Da diese rein digitale Lehre für uns noch immer Neuland ist, sind wir für alle Vorschläge zur laufenden Verbesserung sehr dankbar! Wenden Sie sich dazu auch gerne via e-mail an mich oder Ihren Tutor.

Hendrik van Hees.
17.04.2020


Studienplan

Sie sollten in jeder Woche jeweils zwei Vorlesungen der Vorlesungsaufzeichnung vom Sommersemester 2019 anschauen (eine von 90 min und eine von 45 min Dauer). Daraus ergeben sich folgende Inhalte:

1. Woche (20.-24.04.): Lineare und quadratische Gleichungen, Stetigkeit und Differenzierbarkeit von Funktionen, Ableitungsregeln (Skript 1.5-1.7.2)
2. Woche (27.04.-01.05.): Exponentialfunktion und Logarithmus, Winkelfunktionen und ihre Umkehrfunktionen (Skript 1.7.3-1.7.4)
3. Woche (04.05.-08.05.): Kurvendiskussionen, Integralrechnung, Stammfunktionen (Skript 1.7.5-1.8.4)
4. Woche (11.05.-15.05.): Einfache Differentialgleichungen, radioaktiver Zerfall, Harmonischer Oszillator I (Skript 5.1.1 + 5.3)
5. Woche (18.05.-22.05.): Harmonischer Oszillator II, komplexe Zahlen (Skript 5.4, Kap. 4)
6. Woche (25.05.-29.05.): Harmonischer Oszillator III (mit komplexen Zahlen) (Skript 5.4-5.5)
7. Woche (01.06-05.06.): Vektoren, Basen, kartesische Basen (Skript 2.1-2.3)
8. Woche (08.06-12.06.): Basistransformationen, Kreuzprodukt (Skript 2.3-2.4)
9. Woche (15.06-19.06.): Lineare Gleichungssysteme, Gaußsches Eliminationsverfahren, Determinanten I (Skript 2.6.1-2.6.3)
10. Woche (22.06.-26.06.): Determinanten II, Vektoranalysis (ebene Kurven) (Skript 2.6.3-2.6.4, 3.1)
11. Woche (29.06.-03.07.): Kegelschnitte (Skript 3.2)
12. Woche (06.07.-10.07.): Drehungen (Skript 2.7.1-2.7.2) (wird neu als Screencast zur Verfügung gestellt!)
13. Woche (13.07.-17.05.): Euler-Winkel (Skript 2.7.3) (wird neu als Screencast zur Verfügung gestellt!)


Vorlesung

Hendrik van Hees
E-Mail: hees@itp.uni-frankfurt.de
Di 10:15h-11:00h PHYS __.101
Do 10:15h-11:45h PHYS 1.114

Videoaufzeichung:

Da eine Neuaufzeichnung in diesem Semester schwierig ist, greifen Sie bitte auf die Aufzeichnung vom Sommersemester 2019 zurück. Diese finden Sie unter

Aufzeichnung vom Sommerersemester 2019

Zusätzliche Movies, Screencasts etc.

Movies via GU MediaSite

Separierbare Differentialgleichungen (Präsentation) [pdf]
Taylor-Reihen, Konvergenzverhalten von Potenzreihen (Präsentation) [pdf]
Transformationsverhalten des Kreuzprodukts unter Drehungen [pdf]


Manuskript

Das Manuskript befindet sich noch in der Bearbeitung. Hier finden Sie jedenfalls immer die aktuelle Version:
Manuskript (Version vom 14.07.2020)


Übungen

Tutor: Kai Gallmeister
E-Mail: gallmei@th.physik.uni-frankfurt.de
Di 11:00-11:45h PHYS __.101


Übungsaufgaben mit Lösungen

Blatt 01: Schul-Mathe-Test [pdf]; Lösungen [pdf]
Blatt 02: Gleichungen; binomische Formel, Binomialkoeffizienten, Leibnizsche Produktregel für Ableitungen [pdf]; Lösungen [pdf]
Blatt 03: Ableitungen; Hyperbelfunktionen [pdf]; Lösungen [pdf]
Blatt 04: Integration durch Substitution; Produktintegration [pdf]; Lösungen [pdf]
Blatt 05: Differentialgleichungen (Bewegungen mit Stokesscher Reibung) [pdf]; Lösungen [pdf]
Blatt 06: Komplexe Zahlen; Exponentialfunktion und trigonometrische Funktionen; Potenzreihen [pdf]; Lösungen [pdf]
Blatt 07: Resonanzkatastrophe beim ungedämpften harmonischen Oszillator; Potenzreihenansatz zur Lösung einer linearen DGL [pdf]; Lösungen [pdf]
Blatt 08: Rechentechnik-Wiederholung; ungedämpfter harmonischer Oszillator mit nichtperiodischer äußerer Kraft [pdf]; Lösungen [pdf]
Blatt 09: Ebene Vektoren; Skalarprodukt; Cosinus-Satz [pdf]; Lösungen [pdf]
Blatt 10: Vektorprodukt; "BAC-CAB-Formel" für Levi-Civitasymbol; Kronecker-$\delta$-Symbol [pdf]; Lösungen [pdf]
Blatt 11: Drehungen um eine beliebige Achse [pdf]; Lösungen [pdf]
Blatt 12: Berechnung einer Determinante; Transformationsverhalten von Vektorprodukten unter Drehungen [pdf]; Lösungen [pdf]


Studienleistungen

Unbenoteter Schein und Übungen: Anwesenheit (maximal zweimal unentschuldigtes Fehlen) im und aktive Teilnahme am Tutorium

Mündliche Prüfung (Modulprüfung Physikalische Modelle I): 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) und II (Elektrodynamik)
Zulassungsvoraussetzung: Erwerb der unbenoteten Scheine für Mathematische Methoden, Theoretische Physik I und II

Prüfungsinhalte

TBA

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: 14. Juli 2020