Numerik-Algorithmen: Verfahren, Beispiele, Anwendungen
Gespeichert in:
Hauptverfasser: | , , |
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Format: | Buch |
Sprache: | German |
Veröffentlicht: |
Berlin [u.a.]
Springer
2005
|
Ausgabe: | 9., vollst. überarb. und erw. Aufl. |
Schriftenreihe: | Xpert.press
|
Schlagworte: | |
Online-Zugang: | Inhaltsverzeichnis |
Beschreibung: | Die Neuauflage fasst die 5. Aufl. von "Numerische Mathematik für Ingenieure" von Gisela Engeln-Müllges und Fritz Reutter ... und die 8. Auflage von "Numerik-Algorithmen" von Gisela Engeln-Müllges und Fritz Reutter ... zusammen. Auch als Internetausgabe |
Beschreibung: | XXI, 677 S. zahlr. graph. Darst. 2 CD-ROMs (12 cm) |
ISBN: | 3540626697 |
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GISELA ENGELN-MUELLGES * KLAUS NIEDERDRENK REINHARD WODICKA
NUMERIK-ALGORITHMEN VERFAHREN, BEISPIELE, ANWENDUNGEN NEUNTE,
VOLLSTAENDIG UEBERARBEITETE UND ERWEITERTE AUFLAGE MIT ZAHLREICHEN
ABBILDUNGEN UND BEISPIELEN SOWIE 2 CD-ROMS } SPRI NNGER
INHALTSVERZEICHNIS VORWORT ZUR 9. AUFLAGE VII INFORMATIONEN ZUR
BEIGEFUEGTEN SOFTWARE (CD-1, CD-2) IX 1 DARSTELLUNG VON ZAHLEN UND
FEHLERANALYSE 1 1.1 DEFINITION VON FEHLERGROESSEN 1 1.2 ZAHLENSYSTEME 3
1.2.1 DARSTELLUNG GANZER ZAHLEN 3 1.2.2 DARSTELLUNG REELLER ZAHLEN 6 1.3
RECHNUNG MIT ENDLICHER STELLENZAHL 11 1.4 FEHLERQUELLEN 17 1.4.1
EINGABEFEHLER 17 1.4.2 VERFAHRENSFEHLER 18 1.4.3 FEHLERFORTPFLANZUNG UND
DIE KONDITION EINES PROBLEMS 19 1.4.4 RECHNUNGSFEHLER UND NUMERISCHE
STABILITAET 24 2 LOESUNG NICHTLINEARER GLEICHUNGEN 27 2.1 AUFGABENSTELLUNG
UND MOTIVATION 27 2.2 DEFINITIONEN UND SAETZE UEBER NULLSTELLEN 29 2.3
ALLGEMEINES ITERATIONSVERFAHREN 31 2.3.1 KONSTRUKTIONSMETHODE UND
DEFINITION 31 2.3.2 EXISTENZ EINER LOESUNG UND EINDEUTIGKEIT DER LOESUNG
34 2.3.3 KONVERGENZ EINES ITERATIONSVERFAHRENS 37 2.3.3.1 HEURISTISCHE
BETRACHTUNGEN 37 2.3.3.2 ANALYTISCHE BETRACHTUNG 39 2.3.4
FEHLERABSCHAETZUNGEN UND RECHNUNGSFEHLER 40 2.3.5 PRAKTISCHE DURCHFUEHRUNG
46 2.4 KONVERGENZORDNUNG EINES ITERATIONSVERFAHRENS 49 2.5 NEWTONSCHE
VERFAHREN 51 2.5.1 DAS NEWTONSCHE VERFAHREN FUER EINFACHE NULLSTELLEN 51
2.5.2 GEDAEMPFTES NEWTON-VERFAHREN 57 2.5.3 DAS NEWTONSCHE VERFAHREN FUER
MEHRFACHE NULLSTELLEN - DAS MODIFIZIERTE NEWTONSCHE VERFAHREN 57 2.6 DAS
SEKANTENVERFAHREN 63 2.6.1 DAS SEKANTENVERFAHREN FUER EINFACHE
NULLSTELLEN 63 2.6.2 DAS MODIFIZIERTE SEKANTENVERFAHREN FUER MEHRFACHE
NULLSTELLEN 66 2.7 EINSCHLUSSVERFAHREN 66 XVI INHALTSVERZEICHNIS 2.7.1
DAS PRINZIP DER EINSCHLUSSVERFAHREN 67 2.7.2 DAS BISEKTIONSVERFAHREN 69
2.7.3 DIE REGULA FALSI 71 2.7.4 DAS PEGASUS-VERFAHREN 74 2.7.5 DAS
VERFAHREN VON ANDERSON-BJOERCK 77 2.7.6 DIE VERFAHREN VON KING UND
ANDERSON-BJOERCK-KING - DAS ILLINOIS-VERFAHREN 80 2.7.7 EIN KOMBINIERTES
EINSCHLUSSVERFAHREN 81 2.7.8 DAS ZEROIN-VERFAHREN 83 2.8
ANWENDUNGSBEISPIELE 85 2.9 EFFIZIENZ DER VERFAHREN UND
ENTSCHEIDUNGSHILFEN 89 3 VERFAHREN ZUR LOESUNG ALGEBRAISCHER GLEICHUNGEN
91 3.1 VORBEMERKUNGEN 91 3.2 DAS HORNER-SCHEMA 92 3.2.1 DAS EINFACHE
HORNER-SCHEMA FUER REELLE ARGUMENTWERTE 93 3.2.2 DAS EINFACHE
HORNER-SCHEMA FUER KOMPLEXE ARGUMENTWERTE 95 3.2.3 DAS VOLLSTAENDIGE
HORNER-SCHEMA FUER REELLE ARGUMENTWERTE 97 3.2.4 ANWENDUNGEN 100 3.3
BESTIMMUNG VON LOESUNGEN ALGEBRAISCHER GLEICHUNGEN 101 3.3.1
VORBEMERKUNGEN UND UEBERBLICK 101 3.3.2 DAS VERFAHREN VON MULLER 102
3.3.3 DAS VERFAHREN VON BAUHUBER 109 3.3.4 DAS VERFAHREN VON JENKINS UND
TRAUB 111 3.4 ANWENDUNGSBEISPIEL 112 3.5 ENTSCHEIDUNGSHILFEN 113 4
LOESUNG LINEARER GLEICHUNGSSYSTEME 115 4.1 AUFGABENSTELLUNG UND
MOTIVATION 115 4.2 DEFINITIONEN UND SAETZE 120 4.3 LOESBARKEITSBEDINGUNGEN
FUER EIN LINEARES GLEICHUNGSSYSTEM 132 4.4 PRINZIP DER DIREKTEN METHODEN
ZUR LOESUNG LINEARER GLEICHUNGSSYSTEME . . 133 4.5 DER GAUSS-ALGORITHMUS
136 4.5.1 GAUSS-ALGORITHMUS MIT SPALTENPIVOTSUCHE ALS RECHENSCHEMA . . .
. 136 4.5.2 SPALTENPIVOTSUCHE 141 4.5.3 GAUSS-ALGORITHMUS ALS
DREIECKSZERLEGUNG 145 4.5.4 GAUSS-ALGORITHMUS FUER SYSTEME MIT MEHREREN
RECHTEN SEITEN . . . . 149 4.6 MATRIZENINVERSION MIT DEM
GAUSS-ALGORITHMUS 151 4.7 VERFAHREN FUER SYSTEME MIT SYMMETRISCHEN
MATRIZEN 153 4.7.1 SYSTEME MIT SYMMETRISCHER, STRENG REGULAERER MATRIX
154 4.7.2 SYSTEME MIT SYMMETRISCHER, POSITIV DEFINITER MATRIX -
CHOLESKY-VERFAHREN 155 4.7.3 SYSTEME MIT SYMMETRISCHER, POSITIV
DEFINITER MATRIX - VERFAHREN DER KONJUGIERTEN GRADIENTEN (CG-VERFAHREN)
160 4.8 DAS GAUSS-JORDAN-VERFAHREN 164 4.9 GLEICHUNGSSYSTEME MIT
TRIDIAGONALER MATRIX 165 4.9.1 SYSTEME MIT TRIDIAGONALER MATRIX 165
4.9.2 SYSTEME MIT SYMMETRISCHER, TRIDIAGONALER, POSITIV DEFINITER MATRIX
169 INHALTSVERZEICHNIS XVII 4.10 GLEICHUNGSSYSTEME MIT ZYKLISCH
TRIDIAGONALER MATRIX 172 4.10.1 SYSTEME MIT ZYKLISCH TRIDIAGONALER
MATRIX 172 4.10.2 SYSTEME MIT SYMMETRISCHER, ZYKLISCH TRIDIAGONALER
MATRIX 175 4.11 GLEICHUNGSSYSTEME MIT FUENFDIAGONALER MATRIX 177 4.11.1
SYSTEME MIT FUENFDIAGONALER MATRIX 177 4.11.2 SYSTEME MIT SYMMETRISCHER,
FUENF DIAGONALER, POSITIV DEFINITER MATRIX 180 4.12 GLEICHUNGSSYSTEME MIT
BANDMATRIX 183 4.13 HOUSEHOLDERTRANSFORMATION 194 4.14 FEHLER, KONDITION
UND NACHITERATION 199 4.14.1 FEHLER UND KONDITION 199 4.14.2
KONDITIONSSCHAETZUNG 203 4.14.3 MOEGLICHKEITEN ZUR KONDITIONSVERBESSERUNG
208 4.14.4 NACHITERATION 208 4.15 GLEICHUNGSSYSTEME MIT BLOCKMATRIX 210
4.15.1 VORBEMERKUNGEN 210 4.15.2 GAUSS-ALGORITHMUS FUER BLOCKSYSTEME 211
4.15.3 GAUSS-ALGORITHMUS FUER TRIDIAGONALE BLOCKSYSTEME 213 4.15.4 WEITERE
BLOCK-VERFAHREN 214 4.16 ALGORITHMUS VON CUTHILL-MCKEE 215 4.17
ENTSCHEIDUNGSHILFEN 219 5 ITERATIONSVERFAHREN ZUR LOESUNG LINEARER
GLEICHUNGSSYSTEME 223 5.1 VORBEMERKUNGEN 223 5.2 VEKTOR- UND
MATRIZENNORMEN 223 5.3 DAS ITERATIONSVERFAHREN IN GESAMTSCHRITTEN 225
5.4 DAS GAUSS-SEIDELSCHE ITERATIONSVERFAHREN 234 5.5 RELAXATION BEIM
GESAMTSCHRITTVERFAHREN 236 5.6 RELAXATION BEIM EINZELSCHRITTVERFAHREN -
SOR-VERFAHREN 236 5.6.1 SCHAETZUNG DES RELAXATIONSKOEFFIZIENTEN -
ADAPTIVES SOR-VERFAHREN 237 6 SYSTEME NICHTLINEARER GLEICHUNGEN 241 6.1
AUFGABENSTELLUNG UND MOTIVATION 241 6.2 ALLGEMEINES ITERATIONSVERFAHREN
FUER SYSTEME 244 6.3 SPEZIELLE ITERATIONSVERFAHREN 250 6.3.1 NEWTONSCHE
VERFAHREN FUER NICHTLINEARE SYSTEME 250 6.3.1.1 DAS QUADRATISCH
KONVERGENTE NEWTON-VERFAHREN 250 6.3.1.2 GEDAEMPFTES NEWTON-VERFAHREN FUER
SYSTEME 253 6.3.2 SEKANTENVERFAHREN FUER NICHTLINEARE SYSTEME 254 6.3.3
DAS VERFAHREN DES STAERKSTEN ABSTIEGS (GRADIENTENVERFAHREN) FUER
NICHTLINEARE SYSTEME 255 6.3.4 DAS VERFAHREN VON BROWN FUER SYSTEME 257
6.4 ENTSCHEIDUNGSHILFEN 258 XVIII INHALTSVERZEICHNIS 7 EIGENWERTE UND
EIGENVEKTOREN VON MATRIZEN 259 7.1 DEFINITIONEN UND AUFGABENSTELLUNGEN
259 7.2 DIAGONALAEHNLICHE MATRIZEN 260 7.3 DAS ITERATIONSVERFAHREN NACH
V. MISES 262 7.3.1 BESTIMMUNG DES BETRAGSGROESSTEN EIGENWERTES UND DES
ZUGEHOERIGEN EIGENVEKTORS 262 7.3.2 BESTIMMUNG DES BETRAGSKLEINSTEN
EIGENWERTES 269 7.3.3 BESTIMMUNG WEITERER EIGENWERTE UND EIGENVEKTOREN
269 7.4 KONVERGENZVERBESSERUNG 271 7.5 DAS VERFAHREN VON KRYLOV 272
7.5.1 BESTIMMUNG DER EIGENWERTE 272 7.5.2 BESTIMMUNG DER EIGENVEKTOREN
274 7.6 QD-ALGORITHMUS 275 7.7 TRANSFORMATIONEN AUF HESSENBERGFORM 276
7.7.1 TRANSFORMATION EINER MATRIX AUF OBERE HESSENBERGFORM 276 7.7.2
LR-VERFAHREN 280 7.7.3 QR- VERFAHREN 282 7.8 VERFAHREN VON MARTIN,
PARLETT, PETERS, REINSCH UND WILKINSON 283 7.9 ENTSCHEIDUNGSHILFEN 284
7.10 ANWENDUNGSBEISPIEL 285 8 LINEARE UND NICHTLINEARE APPROXIMATION 291
8.1 AUFGABENSTELLUNG UND MOTIVATION 291 8.2 LINEARE APPROXIMATION 294
8.2.1 APPROXIMATIONSAUFGABE UND BESTE APPROXIMATION 294 8.2.2
KONTINUIERLICHE LINEARE APPROXIMATION IM QUADRATISCHEN MITTEL . . 296
8.2.3 DISKRETE LINEARE APPROXIMATION IM QUADRATISCHEN MITTEL 302 8.2.3.1
NORMALGLEICHUNGEN FUER DEN DISKRETEN LINEAREN AUSGLEICH 302 8.2.3.2
DISKRETER AUSGLEICH DURCH ALGEBRAISCHE POLYNOME UNTER VERWENDUNG
ORTHOGONALER POLYNOME 308 8.2.3.3 LINEARE REGRESSION - AUSGLEICH DURCH
LINEARE ALGEBRAISCHE POLYNOME 310 8.2.3.4 HOUSEHOLDER-TRANSFORMATION ZUR
LOESUNG DES LINEAREN AUSGLEICHSPROBLEMS 313 8.2.4 APPROXIMATION VON
POLYNOMEN DURCH TSCHEBYSCHEFF-POLYNOME . . 316 8.2.4.1 BESTE
GLEICHMAESSIGE APPROXIMATION, DEFINITION 316 8.2.4.2 APPROXIMATION DURCH
TSCHEBYSCHEFF-POLYNOME 317 8.2.5 APPROXIMATION PERIODISCHER FUNKTIONEN
323 8.2.5.1 KONTINUIERLICHE APPROXIMATION PERIODISCHER FUNKTIONEN IM
QUADRATISCHEN MITTEL 324 8.2.5.2 DISKRETE APPROXIMATION PERIODISCHER
FUNKTIONEN IM QUADRATISCHEN MITTEL 326 8.2.5.3 FOURIER-TRANSFORMATION
UND FFT 329 8.2.6 FEHLERABSCHAETZUNGEN FUER LINEARE APPROXIMATIONEN 336
8.2.6.1 GLEICHMAESSIGE APPROXIMATION DURCH ALGEBRAISCHE POLYNOME 337
INHALTSVERZEICHNIS XIX 8.2.6.2 GLEICHMAESSIGE APPROXIMATION DURCH
TRIGONOMETRISCHE POLYNOME 340 8.3 DISKRETE NICHTLINEARE APPROXIMATION
342 8.3.1 TRANSFORMATIONSMETHODE BEIM NICHTLINEAREN AUSGLEICH 342 8.3.2
NICHTLINEARER AUSGLEICH IM QUADRATISCHEN MITTEL 348 8.4
ENTSCHEIDUNGSHILFEN 348 9 POLYNOMIALE INTERPOLATION SOWIE
SHEPARD-INTERPOLATION 351 9.1 AUFGABENSTELLUNG 351 9.2
INTERPOLATIONSFORMELN VON LAGRANGE 353 9.2.1 LAGRANGESCHE FORMEL FUER
BELIEBIGE STUETZSTELLEN 353 9.2.2 LAGRANGESCHE FORMEL FUER AEQUIDISTANTE
STUETZSTELLEN 355 9.3 AITKEN-INTERPOLATIONSSCHEMA FUER BELIEBIGE
STUETZSTELLEN 356 9.4 INVERSE INTERPOLATION NACH AITKEN 360 9.5
INTERPOLATIONSFORMELN VON NEWTON 362 9.5.1 NEWTONSCHE FORMEL FUER
BELIEBIGE STUETZSTELLEN 362 9.5.2 NEWTONSCHE FORMEL FUER AEQUIDISTANTE
STUETZSTELLEN 365 9.6 ABSCHAETZUNG UND SCHAETZUNG DES INTERPOLATIONSFEHLERS
368 9.7 ZWEIDIMENSIONALE INTERPOLATION 373 9.7.1 ZWEIDIMENSIONALE
INTERPOLATIONSFORMEL VON LAGRANGE 374 9.7.2 SHEPARD-INTERPOLATION 376
9.8 ENTSCHEIDUNGSHILFEN 385 10 INTERPOLIERENDE POLYNOM-SPLINES ZUR
KONSTRUKTION GLATTER KURVEN 387 10.1 POLYNOM-SPLINES DRITTEN GRADES 387
10.1.1 AUFGABENSTELLUNG 390 10.1.2 WOHER KOMMEN SPLINES? MATHEMATISCHE
ANALYSE 395 10.1.3 ANWENDUNGSBEISPIELE 397 10.1.4 DEFINITION
VERSCHIEDENER ARTEN NICHTPARAMETRISCHER KUBISCHER SPLINEFUNKTIONEN 402
10.1.5 BERECHNUNG DER NICHTPARAMETRISCHEN KUBISCHEN SPLINES 408 10.1.6
BERECHNUNG DER PARAMETRISCHEN KUBISCHEN SPLINES 425 10.1.7 KOMBINIERTE
INTERPOLIERENDE POLYNOM-SPLINES 433 10.1.8 NAEHERUNGSWEISE ERMITTLUNG VON
RANDABLEITUNGEN DURCH INTERPOLATION 438 10.1.9 KONVERGENZ UND
FEHLERABSCHAETZUNGEN INTERPOLIERENDER KUBISCHER SPLINES 440 10.2
HERMITE-SPLINES FUENFTEN GRADES 442 10.2.1 DEFINITION DER
NICHTPARAMETRISCHEN UND PARAMETRISCHEN HERMITE-SPLINES 442 10.2.2
BERECHNUNG DER NICHTPARAMETRISCHEN HERMITE-SPLINES 443 10.2.3 BERECHNUNG
DER PARAMETRISCHEN HERMITE-SPLINES 447 10.3 POLYNOMIALE KUBISCHE
AUSGLEICHSSPLINES 452 10.3.1 AUFGABENSTELLUNG UND MOTIVATION 452 10.3.2
KONSTRUKTION DER NICHTPARAMETRISCHEN AUSGLEICHSSPLINES 456 10.3.3
BERECHNUNG DER PARAMETRISCHEN KUBISCHEN AUSGLEICHSSPLINES . . . . 464
10.4 ENTSCHEIDUNGSHILFEN FUER DIE AUSWAHL EINER GEEIGNETEN SPLINEMETHODE
. . . 465 XX INHALTSVERZEICHNIS 11 AKIMA- UND RENNER-SUBSPLINES 471 11.1
AKIMA-SUBSPLINES 471 11.2 RENNER-SUBSPLINES 478 11.3 ABRUNDUNG VON ECKEN
BEI AKIMA- UND RENNER-KURVEN 488 11.4 BERECHNUNG DER LAENGE EINER KURVE
492 11.5 FLAECHENINHALT EINER GESCHLOSSENEN EBENEN KURVE 495 11.6
ENTSCHEIDUNGSHILFEN 498 12 SPEZIELLE SPLINES 499 12.1 INTERPOLIERENDE
ZWEIDIMENSIONALE POLYNOM-SPLINES 499 12.2 ZWEIDIMENSIONALE
INTERPOLIERENDE OBERFLAECHENSPLINES 513 12.3 BEZIER SPLINES 516 12.3.1
BEZIER-SPLINE-KURVEN 517 12.3.2 BEZIER-SPLINE-FLAECHEN 521 12.3.3
MODIFIZIERTE (INTERPOLIERENDE) KUBISCHE BEZIER-SPLINES 529 12.4
B-SPLINES 530 12.4.1 B-SPLINE-KURVEN 530 12.4.2 B-SPLINE-FLAECHEN 536
12.5 ANWENDUNGSBEISPIEL 541 12.6 ENTSCHEIDUNGSHILFEN 546 13 NUMERISCHE
DIFFERENTIATION 549 13.1 AUFGABENSTELLUNG UND MOTIVATION 549 13.2
DIFFERENTIATION MIT HILFE EINES INTERPOLATIONSPOLYNOMS 550 13.3
DIFFERENTIATION MIT HILFE INTERPOLIERENDER KUBISCHER POLYNOM-SPLINES . .
. 553 13.4 DIFFERENTIATION MIT DEM ROMBERG-VERFAHREN 555 13.5
ENTSCHEIDUNGSHILFEN 559 14 NUMERISCHE QUADRATUR 561 14.1 VORBEMERKUNGEN
561 14.2 KONSTRUKTION VON INTERPOLATIONSQUADRATURFORMELN 564 14.3
NEWTON-COTES-FORMELN 567 14.3.1 DIE SEHNENTRAPEZFORMEL 569 14.3.2 DIE
SIMPSONSCHE FORMEL 574 14.3.3 DIE 3/8-FORMEL 579 14.3.4 WEITERE
NEWTON-COTES-FORMELN 582 14.3.5 ZUSAMMENFASSUNG ZUR FEHLERORDNUNG VON
NEWTON-COTES-FORMELN 586 14.4 QUADRATURFORMELN VON MACLAURIN 586 14.4.1
DIE TANGENTENTRAPEZFORMEL 587 14.4.2 WEITERE MACLAURIN-FORMELN 589 14.5
DIE EULER-MACLAURIN-FORMELN 591 14.6 TSCHEBYSCHEFFSCHE QUADRATURFORMELN
593 14.7 QUADRATURFORMELN VON GAUSS 595 14.8 VERALLGEMEINERTE
GAUSS-QUADRATURFORMELN 599 14.9 QUADRATURFORMELN VON CLENSHAW-CURTIS 602
14.10 DAS VERFAHREN VON ROMBERG 603 14.11 FEHLERSCHAETZUNG UND
RECHNUNGSFEHLER 608 14.12 ADAPTIVE QUADRATURVERFAHREN 610
INHALTSVERZEICHNIS XXI 14.13 KONVERGENZ DER QUADRATURFORMELN 612 14.14
ANWENDUNGSBEISPIEL 613 14.15 ENTSCHEIDUNGSHILFEN 614 15 NUMERISCHE
KUBATUR 617 15.1 PROBLEMSTELLUNG 617 15.2 KONSTRUKTION VON
INTERPOLATIONSKUBATURFORMELN 619 15.3 NEWTON-COTES-KUBATURFORMELN FUER
RECHTECKBEREICHE 622 15.4 DAS ROMBERG-KUBATURVERFAHREN FUER
RECHTECKBEREICHE 630 15.5 GAUSS-KUBATURFORMELN FUER RECHTECKBEREICHE 633
15.6 RIEMANNSCHE FLAECHENINTEGRALE 636 15.7 VERGLEICH DER VERFAHREN
ANHAND VON BEISPIELEN 636 15.8 KUBATURFORMELN FUER DREIECKBEREICHE 641
15.8.1 KUBATURFORMELN FUER DREIECKBEREICHE MIT ACHSENPARALLELEN KATHETEN
641 15.8.1.1 NEWTON-COTES-KUBATURFORMELN FUER DREIECKBEREICHE . . . . 641
15.8.1.2 GAUSS-KUBATURFORMELN FUER DREIECKBEREICHE MIT ACHSENPARALLELEN
KATHETEN 644 15.8.2 KUBATURFORMELN FUER DREIECKBEREICHE ALLGEMEINER LAGE
648 15.8.2.1 NEWTON-COTES-KUBATURFORMELN FUER DREIECKBEREICHE ALLGEMEINER
LAGE 649 15.8.2.2 GAUSS-KUBATURFORMELN FUER DREIECKBEREICHE ALLGEMEINER
LAGE 652 15.9 ENTSCHEIDUNGSHILFEN 655 SACHWORTVERZEICHNIS 669 |
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