Numerische Mathematik

Gegenstand und Ziel Numerische Mathematik befasst sich damit, für mathematisch formulierte Probleme einen rechnerischen Lösungsweg zu finden. (H. Rutishauser) Da die meisten Probleme der Natur-, Ingenieur- und Wirtschaftswissenschaften vor ihrer rechnerischen Lösung mathematisch modelliert werden, entwickelt die numerische Mathe­ matik für eine Vielzahl von Problemstellungen rechnerische Lösungswege, so genannte Al­ gorithmen, siehe Definition 1.1. Sie muss sich daher neben der Mathematik auch mit der Auswahl von Hard-und Software beschäftigen. Damit ist die numerische Mathematik Teil des Gebietes wissenschaftliches Rechnen (Scientific Computing), das Elemente der Mathe­ matik, der Informatik und der Ingenieurwissenschaften umfasst. immer leistungsfähigerer Rechner hat dazu geführt, dass heute Proble­ Die Entwicklung me aus Luft-und Raumfahrt, Physik, Meteorologie, Biologie und vielen anderen Gebieten rechnerisch gelöst werden können, deren Lösung lange als unmöglich galt. Dabei gehen die Entwicklung von Algorithmen und Rechnern Hand in Hand. Ziel der Ausbildung in nume­ rischer Mathematik ist deshalb auch die Erziehung zu algorithmischem Denken, d.h. zur Kreativität beim Entwurf von Rechnerlösungen für Anwendungsprobleme. Vom Problem zur Lösung Folgende Schritte führen von einem Anwendungsproblem zu seiner numerischen Lösung: Modellierung: Ein Anwendungsproblem muss zunächst in die Form eines mathematischen Modells gegossen werden. Dies geschieht meistens auf der Grundlage idealisierter Annah­ men. Es findet also schon die erste Annäherung statt, damit eine Lösung - exakt analytisch oder angenähert numerisch - möglich wird. Realisierung: Für das mathematische Modell muss eine Lösungsmethode gefunden werden. Ist diese numerisch, so kann inder Regel zwischen mehreren Verfahren gewählt werden.