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Anwendung transzendenter Funktionen bei der Zinseszinsrechnung

Wird ein festes Kapital K mehrere Jahre verzinst, ohne dass die Zinsen am Jahresende abgehoben werden, so werden auch die jeweils angefallen Zinsen mit verzinst. Man spricht in diesem Fall von der sogenannten Zinseszinsrechnung. Diese stellt eine wichtige Anwendung transzendenter Funktionen dar.

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Zwei- und dreireihige Determinanten

Die Determinante (Bestimmende) ist eine Funktion, die jeder quadratischen Matrix (n Zeilen und n Spalten) eine reelle Zahl zuordnet (interaktives Rechenbeispiel). Sie kann also als eine Funktion von n 2 Variablen aufgefasst werden und besteht aus Summanden, die Produkte aus den einzelnen Matrixelementen sind.
Der Wert einer Determinante kann mithilfe des Entwicklungssatzes von LAPLACE (über Unterdeterminanten) berechnet werden.
Ein Hilfsmittel für die Berechnung speziell dreireihiger Determinaten ist die Regel von SARRUS.

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Gaußsches Eliminierungsverfahren (Gauß-Algorithmus)

Das auf CARL FRIEDRICH GAUSS (1777 bis 1855) zurückgehende Verfahren beruht auf dem Additions- bzw. Subtraktionsverfahren (Verfahren der gleichen Koeffizienten).
Die Lösungsstrategie besteht in der äquivalenten Umformung des gegebenen Gleichungssystems mit mehreren Variablen (Unbekannten) in eine Gleichung mit nur einer Unbekannten.

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Lösen von Exponentialgleichungen

Eine Gleichung nennt man Exponentialgleichung, wenn mindestens ein freie Variable (Unbekannte) als Exponent auftritt.
Exponentialgleichungen können durch Exponentenvergleich, durch Logarithmieren bzw. auf grafischem Wege gelöst werden.

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Der Fundamentalsatz der Algebra

Welche Aussagen kann man über die Lösungen ganzrationaler Gleichung n-ten Grades der Form
  ∑ i   =   0 n a i x i = a 0 + a 1 x + a 2 x 2 + ... + a n − 1 x n − 1 + a n x n = 0 ;   ( n ∈ ℕ       u n d       a n ≠ 0 )
im Bereich der reellen bzw. im Bereich der komplexen Zahlen treffen?

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Zahlenfolgen

Eine Funktion, deren Definitionsbereich die Menge der natürlichen Zahlen (oder eine Teilmenge davon) ist und die eine Teilmenge der reellen Zahlen als Wertebereich besitzt, wird (reelle) Zahlenfolge genannt.
Unter der n-ten Partialsumme s n einer Zahlenfolge ( a n ) versteht man die Summe der Folgenglieder von a 1 bis a n .

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Anwendungen von Zahlenfolgen

Mithilfe der Formeln für arithmetische und geometrische Folgen lassen sich zahlreiche Anwendungen behandeln.
Allerdings zeigen sich bei bestimmten Aufgaben die Grenzen des mathematischen Modells Zahlenfolgen aufgrund ihres diskreten Definitionsbereiches. In diesem Fall ist eine Beschreibung des Sachverhaltes etwa mit Exponentialfunktionen günstiger.

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Arithmetische Zahlenfolgen

Eine Zahlenfolge, für die a n = a 1 + ( n − 1 ) d gilt, heißt arithmetische Folge.
Eine arithmetische Folge ist dadurch charakterisiert, dass aufeinanderfolgende Glieder stes den gleichen Abstand d haben. Jedes Folgeglied (außer dem ersten) ist das arithmetische Mittel seiner benachbarten Glieder.

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Geometrische Zahlenfolgen

Eine Zahlenfolge, für die a n = a 1 ⋅ q n − 1 gilt, heißt geometrische Folge.
Eine geometrische Folge ist dadurch charakterisiert, dass die Folgeglieder jeweils durch Multiplikation mit dem konstanten Faktor q aus dem vorhergehenden Glied entstehen.
Jedes Folgenglied (außer dem ersten) ist das geometrische Mittel seiner beiden Nachbarglieder.

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Einkommensteuerfunktion

Nach dem Einkommensteuergesetz (EStG) sind in der Bundesrepublik Deutschland alle Personen, die ihren Wohnsitz oder gewöhnlichen Aufenthalt im Inland haben, unbeschränkt mit sämtlichen Einkünften steuerpflichtig.

Die Besteuerung im Einzelnen wird durch das EStG geregelt. Hier ist auch festgelegt, wie sich aus den Gesamteinkünften das zu versteuernde Einkommen ergibt. Dies ist im Allgemeinen geringer als die Summe der Einkünfte, weil z.B. Vorsorgeaufwendungen, Werbungskosten und steuerfreie Einnahmen (wie Arbeitslosengeld, Altersrenten bis auf eine Ertragsanteil) abgezogen werden können.

Für die Praxis stehen detaillierte Einkommensteuertabellen zur Verfügung, aus denen die für ein bestimmtes Einkommen zu zahlende Steuer direkt abgelesen werden kann. Hinter diesen Tabellen steht die sogenannte Steuerfunktion.

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Exponentialfunktionen

Funktionen mit Gleichungen der Form
  y = f ( x ) = a x   ( a ∈ ℝ ;       a > 0   ;   a ≠ 1 )
heißen Exponentialfunktionen.
Ihr Definitionsbereich ist die Menge ℝ der reellen Zahlen.

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Ganzrationale Funktionen

Eine Funktion f , deren Funktionsterm ein Polynom ist, heißt ganzrationale Funktion (bzw. Polynomfunktion).
Ganzrationale Funktionen haben die folgende Form:
  f ( x ) = a n x n + a n − 1 x n − 1 + ... + a 2 x 2 + a 1 x + a 0           ( mit        n ∈ ℕ        und        a i ∈ ℝ )
Ist a n ≠ 0 , so hat f den Grad n .

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Hypergeometrische Verteilung

Werden einer Urne mit genau N Kugeln (davon M weiße und N − M rote) genau n Kugeln „auf gut Glück“ entnommen und gibt die Zufallsgröße X die Anzahl der dabei herausgegriffenen weißen Kugeln an, so ist X hypergeometrisch verteilt, wenn die Kugeln ohne Zurücklegen entnommen werden, - im Unterschied zur Entnahme mit Zurücklegen.
Bevorzugtes Anwendungsgebiet der hypergeometrischen Verteilung ist die statistische Qualitätskontrolle.

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Totale Wahrscheinlichkeit

Mitunter wird man mit dem Problem konfrontiert, die Wahrscheinlichkeit für ein Ereignis A zu berechnen, das im Zusammenhang mit n verschiedenen Ereignissen B i auftritt (in der Praxis können die B i zum Beispiel verschiedene Fälle oder Ursachen von A sein), wobei sich die Wahrscheinlichkeiten für die Ereignisse B i und insbesondere für das Eintreten von A unter der Bedingung, dass jeweils ein B i eingetreten ist, mitunter leichter angeben bzw. ermitteln lassen.

Gesucht ist also eine Aussage über eine „unbedingte“ Wahrscheinlichkeit, wenn Informationen über bedingte Wahrscheinlichkeiten vorliegen bzw. primär bestimmbar sind. Bei einer solchen Problemsituation wird man versuchen, den im Folgenden angeführten Satz der totalen Wahrscheinlichkeit anzuwenden.

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Zählprinzipien

Bei der Lösung kombinatorischer Probleme sind zwei Zählprinzipien hilfreich – das für k-Tupel und das für Mengen.

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Methoden zum Erstellen von Zufallszahlen

Zufallsziffern können genutzt werden zur Simulation von Zufallsexperimenten (Zufallsversuchen). Mithilfe der Randomfunktion von Computern und Taschenrechnern lassen sich (Pseudo-)Zufallszahlen erzeugen.

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Direkte Proportionalität

Bewegt sich ein Fahrzeug mit gleichbleibender Geschwindigkeit v = 90 km/h (also v = 1,5 km/min) längs eines geradlinigen Weges, so legt es nach den Gesetzen der Physik in der Zeit t die Strecke
s = 1,5  t (t in Minuten, s in Kilometer) zurück.
Durch die Gleichung s = 1,5  t wird jedem Wert von t eindeutig ein Wert von s zugeordnet – es handelt sich bei diesem Zusammenhang also um eine Funktion s = f  ( t ) .

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