Der Python-Kurs für Ingenieure und Naturwissenschaftler:
Gespeichert in:
| 1. Verfasser: | |
|---|---|
| Format: | Buch |
| Sprache: | German |
| Veröffentlicht: |
Bonn
Rheinwerk Verlag
2021
|
| Ausgabe: | 1. Auflage |
| Schriftenreihe: | Rheinwerk Technik
|
| Schlagworte: | |
| Online-Zugang: | Inhaltsverzeichnis |
| Beschreibung: | Auf dem Umschlag: "Arbeiten mit den Modulen NumPy, SciPy, Matplotlib, SymPy, VPython ; Numerische Algebra, Differenzialgleichungen, Statistik, 3D-Modellierung ; das Praxisbuch für Studium und Beruf ; mit Projektaufgaben und Musterlösungen" |
| Beschreibung: | 537 Seiten Illustrationen, Diagramme 24 cm x 16.8 cm |
| ISBN: | 9783836273169 3836273160 |
Internformat
MARC
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AUF
EINEN
BLICK
1
EINFUEHRUNG
.
15
2
PROGRAMMSTRUKTUREN
.
27
3
NUMERISCHE
BERECHNUNGEN
MIT
NUMPY
.
93
4
FUNKTIONSDARSTELLUNGEN
UND
ANIMATIONEN
MIT
MATPLOTLIB
.
137
5
SYMBOLISCHES
RECHNEN
MIT
SYMPY
.
201
6
NUMERISCHE
BERECHNUNGEN
UND
SIMULATIONEN
MIT
SCIPY
.
265
7
3D-GRAFIK
UND
ANIMATIONEN
MIT
VPYTHON
.
359
8
RECHNEN
MIT
KOMPLEXEN
ZAHLEN
.
409
9
STATISTISCHE
BERECHNUNGEN
.
429
10
BOOLESCHE
ALGEBRA
.
465
11
INTERAKTIVE
PROGRAMMIERUNG
MIT
TKINTER
.
481
INHALT
MATERIALIEN
ZUM
BUCH
.
14
1
EINFUEHRUNG
15
1.1
ENTWICKLUNGSUMGEBUNGEN
.
16
1.1.1
THONNY
.
16
1.1.2
ANACONDA
.
17
1.1.3
PIP
.
19
1.2
DIE
MODULE
VON
PYTHON
.
19
1.2.1
NUMPY
.
19
1.2.2
MATPLOTLIB
.
20
1.2.3
SYMPY
.
21
1.2.4
SCIPY
.
22
1.2.5
VPYTHON
.
22
1.3
DIE
SCHLUESSELWOERTER
VON
PYTHON
.
24
1.4
IHR
WEG
DURCH
DIESES
BUCH
.
25
2 PROGRA
M
MST
RU
KTU
REN
27
2.1
LINEARE
PROGRAMMSTRUKTUR
.
27
2.1.1
LINEARE
PROGRAMME
OHNE
FUNKTIONSAUFRUFE
.
28
2.2
FUNKTIONEN
.
36
2.2.1
EINGEBAUTE
FUNKTIONEN
.
37
2.2.2
FUNKTIONEN
OHNE
PARAMETER
UND
OHNE
RUECKGABEWERT
.
38
2.2.3
FUNKTIONEN
MIT
PARAMETERN
UND
RUECKGABE
.
39
2.2.4
FUNKTIONEN
MIT
MEHREREN
RUECKGABEWERTEN
.
41
2.2.5
FUNKTIONEN
RUFEN
ANDERE
FUNKTIONEN
AUF
.
44
2.2.6
REKURSION
-
EINE
FUNKTION
RUFT
SICH
SELBST
AUF
.
45
2.3
VERZWEIGUNGSSTRUKTUREN
.
49
2.3.1
EINFACHAUSWAHL
.
49
2.3.2
MEHRFACHAUSWAHL
.
51
2.4
WIEDERHOLUNGSSTRUKTUREN
.
54
2.4.1
WHILE-SCHLEIFE
.
54
2.4.2
FOR-SCHLEIFE
.
60
2.5
DATENSTRUKTUREN
.
67
2.5.1
LISTEN
.
67
2.5.2
TUPEL
.
71
2.5.3
DICTIONARIES
.
74
2.5.4
SETS
.
77
2.6
OBJEKTORIENTIERTER
PROGRAMMSTIL
.
79
2.6.1
OBJEKTE
UND
KLASSEN
.
80
2.6.2
VERERBUNG
.
83
2.7
FUNKTIONALER
PROGRAMMSTIL
.
85
2.8
PROJEKTAUFGABE:
DIMENSIONIERUNG
EINER
WELLE
.
88
2.9
AUFGABEN
.
90
3
NUMERISCHE
BERECHNUNGEN
MIT
NUMPY
93
3.1
NUMPY-FUNKTIONEN
.
93
3.1.1
ARRAYS
MIT
ARANGEQ
UND
LINSPACE()
ERZEUGEN
.
93
3.1.2
WERTETABELLEN
FUER
AUSGEWAEHLTE
FUNKTIONEN
.
97
3.1.3
ZUFALLSZAHLEN
UND
STATISTISCHE
FUNKTIONEN
.
98
3.2
VEKTOREN
.
100
3.2.1
ADDITION
VON
VEKTOREN
.
101
3.2.2
SKALARPRODUKT
.
103
3.2.3
KREUZPRODUKT
.
105
3.2.4
SPATPRODUKT
.
106
3.2.5
DYADISCHES
PRODUKT
.
107
3.3
MATRIZENMULTIPLIKATION
.
108
3.4
LINEARE
GLEICHUNGSSYSTEME
.
117
3.4.1
GLEICHUNGSSYSTEME
MIT
REELLEN
KOEFFIZIENTEN
.
118
3.4.2
GLEICHUNGSSYSTEME
MIT
KOMPLEXEN
KOEFFIZIENTEN
.
120
3.5
POLYNOME
.
123
3.5.1
GRUNDOPERATIONEN
UND
NULLSTELLEN
.
124
3.5.2
ABLEITUNG
UND
INTEGRAL
.
126
3.6
PROJEKTAUFGABE:
BLITZSCHUTZSYSTEM
.
132
3.7
AUFGABEN
.
136
4
FUNKTIONSDARSTELLUNGEN
UND
ANIMATIONEN
MIT
MATPLOTLIB
137
4.1
2D-FUNKTIONSPLOTS
.
137
4.1.1
GRUNDSTRUKTUR
EINES
FUNKTIONSPLOTS
.
138
4.1.2
GITTERNETZLINIEN
.
140
4.1.3
BESCHRIFTUNGEN
.
142
4.1.4
LINIENSTILE
.
145
4.1.5
ACHSENGESTALTUNG
.
146
4.1.6
FLAECHEN
EINFAERBEN
.
152
4.1.7
UNTERDIAGRAMME
.
155
4.1.8
PARAMETERDARSTELLUNG
.
161
4.1.9
FUNKTIONSPARAMETER
INTERAKTIV
AENDERN
.
164
4.1.10
KONTURPLOTS
.
167
4.2
3D-FUNKTIONSPLOTS
.
170
4.2.1
SCHRAUBENLINIE
.
170
4.2.2
KREISRING
.
172
4.2.3
KOMBINATION
EINES
3D-PLOTS
MIT
EINEM
KONTURPLOT
.
174
4.3
VEKTOREN
.
176
4.3.1
ADDITION
VON
VEKTOREN
.
177
4.3.2
VEKTORFELD
.
178
4.4
FIGUREN,
LINIEN
UND
PFEILE
DARSTELLEN
.
180
4.4.1
RECHTECKE
.
180
4.4.2
KREISE
UND
LINIEN
.
182
4.4.3
PFEILE
.
184
4.4.4
POLYGONE
.
186
4.4.5
ANWENDUNGSBEISPIEL:
METALLSTAB
IM
MAGNETISCHEN
FELD
.
188
4.5
ANIMATIONEN
.
189
4.5.1
EINE
EINFACHE
ANIMATION:
VERSCHIEBEN
EINER
SINUSFUNKTION
.
190
4.5.2
ANIMIERTER
SCHIEFER
WURF
.
192
4.5.3
ANIMIERTE
PLANETENBAHN
.
195
4.6
PROJEKTAUFGABE:
ANIMATION
EINES
GETRIEBES
.
197
4.7
AUFGABEN
.
200
5
SYMBOLISCHES
RECHNEN
MIT
SYMPY
201
5.1
MATHEMATISCHE
GRUNDOPERATIONEN
.
204
5.1.1
ADDITION
.
204
5.1.2
MULTIPLIKATION
VON
TERMEN
.
205
5.1.3
MULTIPLIKATION
VON
LINEARFAKTOREN
.
206
5.1.4
DIVISION
.
207
5.1.5
POTENZIEREN
.
208
5.1.6
ANWENDUNGSBEISPIEL:
ANALYSE
EINES
ELEKTRISCHEN
ENERGIEUEBERTRAGUNGSSYSTEMS
.
209
5.2
MATRIZEN
MULTIPLIZIEREN
.
210
5.2.1
RECHENREGEL
.
211
5.2.2
UEBERTRAGUNGSFUNKTION
EINER
KETTENSCHALTUNG
.
212
5.3 GLEICHUNGEN
.
214
5.3.1
LINEARE
GLEICHUNGSSYSTEME
.
214
5.3.2
NICHTLINEARE
GLEICHUNGSSYSTEME
.
216
5.4
VEREINFACHUNGEN
VON
AUSDRUECKEN
.
220
5.5
REIHENENTWICKLUNG
.
221
5.6
PARTIALBRUECHE
.
222
5.7
KETTENBRUECHE
.
225
5.8
GRENZWERTE
.
228
5.8.1
GRENZWERTE
VON
FOLGEN
.
228
5.8.2
GRENZWERTE
VON
FUNKTIONEN
.
230
5.8.3
DIFFERENZIALQUOTIENT
.
231
5.9
DIFFERENZIEREN
.
233
5.10
INTEGRIEREN
.
236
5.10.1
UNBESTIMMTES
INTEGRAL
.
236
5.10.2
BESTIMMTES
INTEGRAL
.
238
5.10.3
ANWENDUNGSBEISPIEL:
GESPEICHERTE
ELEKTRISCHE
ENERGIE
.
239
5.11
DIFFERENZIALGLEICHUNGEN
.
242
5.11.1
LINEARE
DGL
ERSTER
ORDNUNG
.
243
5.11.2
ALLGEMEINE
LOESUNG
EINER
DGL
ZWEITER
ORDNUNG
.
246
5.11.3
SPEZIELLE
LOESUNG
EINER
DGL
ZWEITER
ORDNUNG
.
249
5.12
LAPLACE-TRANSFORMATION
.
251
5.12.1
LOESEN
VON
DIFFERENZIALGLEICHUNGEN
.
252
5.12.2
ANALYSE
VON
NETZWERKEN
MIT
UEBERTRAGUNGSFUNKTION
.
257
5.13
PROJEKTAUFGABE:
SPRUNGANTWORT
EINER
KETTENSCHALTUNG
.
260
5.14
AUFGABEN
.
262
6
NUMERISCHE
BERECHNUNGEN
UND
SIMULATIONEN
MIT
SCIPY
265
6.1
NULLSTELLEN
NUMERISCH
BERECHNEN
.
267
6.2
OPTIMIERUNGEN
.
269
6.3
INTERPOLATIONEN
.
271
6.4
NUMERISCHES
DIFFERENZIEREN
.
273
6.4.1
METHODEN
DER
NUMERISCHEN
DIFFERENZIATION
.
274
6.4.2
TANGENTENSTEIGUNGZEICHNEN
.
275
6.4.3
ABLEITUNG
EINER
SINUSFUNKTION
.
277
6.4.4
ANWENDUNGSBEISPIEL:
FREIER
FALL
.
279
6.5
NUMERISCHES
INTEGRIEREN
.
281
6.5.1
METHODEN
DER
NUMERISCHEN
INTEGRATION
.
282
6.5.2
BESTIMMTES
INTEGRAL
.
284
6.5.3
EINE
KONSTANTE
INTEGRIEREN
.
285
6.5.4
ANWENDUNGSBEISPIEL:
FREIER
FALL
.
287
6.5.5
UNEIGENTLICHES
INTEGRAL
.
290
6.5.6
BOGENLAENGEN
BERECHNEN
.
292
6.5.7
VOLUMEN
UND
OBERFLAECHEN
VON
ROTATIONSKOERPERN
.
294
6.5.8
ZWEIFACHINTEGRALE
.
295
6.5.9
DREIFACHINTEGRALE
.
296
6.6
DIFFERENZIALGLEICHUNGEN
NUMERISCH
LOESEN
.
298
6.6.1
NUMERISCHE
LOESUNG
VON
DIFFERENZIALGLEICHUNGEN
.
298
6.6.2
LINEARE
DGL
ERSTER
ORDNUNG
.
303
6.6.3
LINEARE
DGL
ZWEITER
ORDNUNG
.
305
6.6.4
NICHTLINEARE
DGL
ZWEITER
ORDNUNG
.
309
6.6.5
DGL-SYSTEM
ZWEITER
ORDNUNG:
GEKOPPELTES
FEDERPENDEL
.
314
6.6.6
NICHTLINEARES
DGL-SYSTEM
ZWEITER
ORDNUNG:
DOPPELPENDEL
.
318
6.7
DISKRETE
FOURIER-TRANSFORMATION
.
322
6.7.1
GRUNDSAETZLICHE
VERWENDUNG
DER
FFT.
323
6.7.2
FREQUENZSPEKTREN
VON
NICHT
SINUSFOERMIGEN
PERIODISCHEN
SIGNALEN
.
324
6.7.3
VERRAUSCHTES
SIGNAL
REKONSTRUIEREN
.
328
6.8
SCHREIBEN
UND
AUSLESEN
VON
SOUNDDATEIEN
.
330
6.8.1
SIGNALE
ERZEUGEN
UND
ABSPEICHERN
.
330
6.8.2
SIGNALE
AUSLESEN
UND
DARSTELLEN
.
331
6.9
SIGNALVERARBEITUNG
.
332
6.9.1
FREQUENZGANG
EINES
BUTTERWORTH-TIEFPASSES
.
333
6.9.2
FREQUENZGANGEINER
FREQUENZWEICHE
.
335
6.9.3
SIGNALE
FILTERN
.
337
6.10
PROJEKTAUFGABE:
SIMULATION
EINES
WAELZLAGERSCHADENS
.
339
6.11
PROJEKTAUFGABE:
RAEUBER-BEUTE-MODELL
.
343
6.11.1
EXPONENTIELLES
WACHSTUM
.
343
6.11.2
LOGISTISCHES
WACHSTUM
.
344
6.11.3
RAEUBER-BEUTE-BEZIEHUNG
.
346
6.11.4
RAEUBER-BEUTE-MODELL
MIT
LOGISTISCHEM
WACHSTUM
.
349
6.12
PROJEKTAUFGABE:
SIMULATION
EINER
EPIDEMIE
.
353
6.13
AUFGABEN
.
356
7
3D-GRAFIK
UND
ANIMATIONEN
MIT
VPYTHON
359
7.1
DAS
KOORDINATENSYSTEM
.
361
7.2
GRUNDKOERPER,
PUNKTE
UND
LINIEN
.
363
7.2.1
ZYLINDER
.
364
7.2.2
QUADER
.
366
7.2.3
PUNKTE
.
368
7.2.4
LINIEN
.
369
7.2.5
KUGEL
.
371
7.2.6
DURCHDRINGUNG
.
374
7.2.7
ZUSAMMENGESETZTE
KOERPER
.
376
7.3
KOERPER
BEWEGEN
SICH
.
378
7.3.1
SENKRECHTE
BEWEGUNG
.
378
7.3.2
WAAGERECHTE
BEWEGUNG
.
379
7.3.3
BEWEGUNG
IM
RAUM
.
381
7.3.4
ZUSAMMENGESETZTE
BEWEGUNG
.
383
7.3.5
ROTATIONSBEWEGUNGEN
.
385
7.3.6
ZUFAELLIGE
BEWEGUNG
VON
KOERPERN
.
390
7.4
ANIMATION
VON
SCHWINGUNGEN
.
392
7.4.1
FADENPENDEL
.
392
7.4.2
FEDERPENDEL
.
394
7.5
EREIGNISVERARBEITUNG
.
397
7.6
PROJEKTAUFGABE:
ANIMATION
EINES
GEKOPPELTEN
FEDERPENDELS
.
400
7.7
PROJEKTAUFGABE:
ANIMATION
EINES
DOPPELPENDELS
.
403
7.8
AUFGABEN
.
407
8
RECHNEN
MIT
KOMPLEXEN
ZAHLEN
409
8.1
MATHEMATISCHE
OPERATIONEN
.
410
8.2
DIE
EULERSCHE
FORMEL
.
412
8.3
RECHNEN
MIT
KOMPLEXEN
WIDERSTAENDEN
.
414
8.4
FUNKTIONSPLOTS
MIT
KOMPLEXEN
GROESSEN
.
416
8.4.1
KOMPLEXER
FREQUENZGANG
EINES
REIHENSCHWINGKREISES
.
417
8.4.2
ORTSKURVEN
.
419
8.5
PROJEKTAUFGABE:
ELEKTRISCHES
ENERGIEUEBERTRAGUNGSSYSTEM
.
421
8.6
AUFGABEN
.
427
9
STATISTISCHE
BERECHNUNGEN
429
9.1
MESSWERTE
ERZEUGEN,
ABSPEICHERN
UND
AUSLESEN
.
431
9.1.1
MESSWERTE
ERZEUGEN
.
431
9.1.2
MESSREIHE
IN
EINE
TABELLE
UMWANDELN
.
433
9.1.3
MESSWERTE
IN
EINE
DATEI
SCHREIBEN
.
434
9.1.4
MESSWERTE
AUS
EINER
DATEI
AUSLESEN
.
435
9.2
HAEUFIGKEITSVERTEILUNG
.
436
9.2.1
HAEUFIGKEITSTABELLEN
.
436
9.2.2
HISTOGRAMME
.
438
9.3
LAGEPARAMETER
.
440
9.3.1
ARITHMETISCHER
MITTELWERT
.
440
9.3.2
MODUS,
MEDIAN,
HARMONISCHER
UND
GEOMETRISCHER
MITTELWERT
.
441
9.4
STREUUNGSPARAMETER
.
443
9.5
NORMALVERTEILUNG
.
447
9.5.1
GRAFISCHE
DARSTELLUNG
DER
DICHTEFUNKTION
.
448
9.5.2
WAHRSCHEINLICHKEITSVERTEILUNG
.
449
9.6
SCHIEFE
.
451
9.7
REGRESSIONSANALYSE
.
453
9.7.1
BERECHNUNG
DER
REGRESSIONSPARAMETER
.
454
9.7.2
DARSTELLUNG
DES
STREUDIAGRAMMS
UND
DER
REGRESSIONSGERADEN
.
456
9.8
PROJEKTAUFGABE:
SIMULATION
EINER
QUALITAETSREGELKARTE
.
457
9.9
AUFGABEN
.
463
10
BOOLESCHE
ALGEBRA
465
10.1
LOGISCHE
VERKNUEPFUNGEN
.
466
10.1.1
KONJUNKTION
.
466
10.1.2
DISJUNKTION
.
467
10.1.3
NEGATION
I
.
468
10.2
GESETZE
DER
BOOLESCHEN
ALGEBRA
.
470
10.2.1
EINFACHE
POSTULATE
.
470
10.2.2
DIE
DEMORGANSCHEN
GESETZE
.
470
10.2.3
DISTRIBUTIVGESETZ
.
471
10.3
SCHALTUNGSSYNTHESE
.
472
10.3.1
VEREINFACHEN
VON
LOGIKFUNKTIONEN
DURCH
AUSKLAMMERN
.
472
10.3.2
VEREINFACHUNG
MIT
DER
DISJUNKTIVEN
NORMALFORM
.
474
10.3.3
VEREINFACHUNG
MIT
DER
KONJUNKTIVEN
NORMALFORM
.
476
10.4
PROJEKTAUFGABE:
SIEBENSEGMENTCODIERUNG
.
477
10.5
AUFGABEN
.
480
11
INTERAKTIVE
PROGRAMMIERUNG
MIT
TKINTER
48I
11.1
INTERAKTIONEN
MIT
BEFEHLSSCHALTFLAECHEN,
TEXTFELDERN
UND
BEZEICHNUNGSFELDERN
.
483
11.1.1
BEZEICHNUNGSFELDER
.
483
11.1.2
TEXTFELDER
UND
BEFEHLSSCHALTFLAECHEN
.
484
11.2
DER
LAYOUT-MANAGER
VON
TKINTER
.
488
11.2.1
DIE
PACK()-METHODE
.
489
11.2.2
DIEFRAME()-METHODE
.
490
11.2.3
DIE
PLACE()-METHODE
.
492
11.2.4
DIE
GRIDQ-METHODE
.
494
11.2.5
ZUSAMMENFASSUNG
.
496
11.3
AUSWAHL
MIT
RADIOBUTTON
.
497
11.4
SCHIEBEREGLER
.
499
11.5
DIE
ZEICHENFLAECHE
CANVAS
.
504
11.5.1
LINIEN
DARSTELLEN
.
505
11.5.2
FUNKTIONSPLOTS
.
506
11.5.3
MAUSKOORDINATEN
ABFRAGEN
.
508
11.6
PROJEKTAUFGABE:
DREHFREQUENZREGELUNG
EINES
FREMDERREGTEN
GLEICHSTROMMOTORS
.
510
11.7
AUFGABEN
.
523
ANHANG
525
A.1
GLOSSAR:
GRUNDBEGRIFFE
DER
PRAKTISCHEN
INFORMATIK
.
525
A.2
ABLEITUNGEN
ELEMENTARER
FUNKTIONEN
.
526
A.3
STAMMFUNKTIONEN
ELEMENTARER
FUNKTIONEN
.
527
A.4
FOURIER-REIHEN
WICHTIGER
ELEKTROTECHNISCHER
SPANNUNGSVERLAEUFE
.
528
A.5
KORRESPONDENZTABELLE
WICHTIGER
INVERSER
LAPLACE-TRANSFORMATIONEN
.
529
A.6
LITERATURVERZEICHNIS
.
530
INDEX
.
531 |
| adam_txt |
AUF
EINEN
BLICK
1
EINFUEHRUNG
.
15
2
PROGRAMMSTRUKTUREN
.
27
3
NUMERISCHE
BERECHNUNGEN
MIT
NUMPY
.
93
4
FUNKTIONSDARSTELLUNGEN
UND
ANIMATIONEN
MIT
MATPLOTLIB
.
137
5
SYMBOLISCHES
RECHNEN
MIT
SYMPY
.
201
6
NUMERISCHE
BERECHNUNGEN
UND
SIMULATIONEN
MIT
SCIPY
.
265
7
3D-GRAFIK
UND
ANIMATIONEN
MIT
VPYTHON
.
359
8
RECHNEN
MIT
KOMPLEXEN
ZAHLEN
.
409
9
STATISTISCHE
BERECHNUNGEN
.
429
10
BOOLESCHE
ALGEBRA
.
465
11
INTERAKTIVE
PROGRAMMIERUNG
MIT
TKINTER
.
481
INHALT
MATERIALIEN
ZUM
BUCH
.
14
1
EINFUEHRUNG
15
1.1
ENTWICKLUNGSUMGEBUNGEN
.
16
1.1.1
THONNY
.
16
1.1.2
ANACONDA
.
17
1.1.3
PIP
.
19
1.2
DIE
MODULE
VON
PYTHON
.
19
1.2.1
NUMPY
.
19
1.2.2
MATPLOTLIB
.
20
1.2.3
SYMPY
.
21
1.2.4
SCIPY
.
22
1.2.5
VPYTHON
.
22
1.3
DIE
SCHLUESSELWOERTER
VON
PYTHON
.
24
1.4
IHR
WEG
DURCH
DIESES
BUCH
.
25
2 PROGRA
M
MST
RU
KTU
REN
27
2.1
LINEARE
PROGRAMMSTRUKTUR
.
27
2.1.1
LINEARE
PROGRAMME
OHNE
FUNKTIONSAUFRUFE
.
28
2.2
FUNKTIONEN
.
36
2.2.1
EINGEBAUTE
FUNKTIONEN
.
37
2.2.2
FUNKTIONEN
OHNE
PARAMETER
UND
OHNE
RUECKGABEWERT
.
38
2.2.3
FUNKTIONEN
MIT
PARAMETERN
UND
RUECKGABE
.
39
2.2.4
FUNKTIONEN
MIT
MEHREREN
RUECKGABEWERTEN
.
41
2.2.5
FUNKTIONEN
RUFEN
ANDERE
FUNKTIONEN
AUF
.
44
2.2.6
REKURSION
-
EINE
FUNKTION
RUFT
SICH
SELBST
AUF
.
45
2.3
VERZWEIGUNGSSTRUKTUREN
.
49
2.3.1
EINFACHAUSWAHL
.
49
2.3.2
MEHRFACHAUSWAHL
.
51
2.4
WIEDERHOLUNGSSTRUKTUREN
.
54
2.4.1
WHILE-SCHLEIFE
.
54
2.4.2
FOR-SCHLEIFE
.
60
2.5
DATENSTRUKTUREN
.
67
2.5.1
LISTEN
.
67
2.5.2
TUPEL
.
71
2.5.3
DICTIONARIES
.
74
2.5.4
SETS
.
77
2.6
OBJEKTORIENTIERTER
PROGRAMMSTIL
.
79
2.6.1
OBJEKTE
UND
KLASSEN
.
80
2.6.2
VERERBUNG
.
83
2.7
FUNKTIONALER
PROGRAMMSTIL
.
85
2.8
PROJEKTAUFGABE:
DIMENSIONIERUNG
EINER
WELLE
.
88
2.9
AUFGABEN
.
90
3
NUMERISCHE
BERECHNUNGEN
MIT
NUMPY
93
3.1
NUMPY-FUNKTIONEN
.
93
3.1.1
ARRAYS
MIT
ARANGEQ
UND
LINSPACE()
ERZEUGEN
.
93
3.1.2
WERTETABELLEN
FUER
AUSGEWAEHLTE
FUNKTIONEN
.
97
3.1.3
ZUFALLSZAHLEN
UND
STATISTISCHE
FUNKTIONEN
.
98
3.2
VEKTOREN
.
100
3.2.1
ADDITION
VON
VEKTOREN
.
101
3.2.2
SKALARPRODUKT
.
103
3.2.3
KREUZPRODUKT
.
105
3.2.4
SPATPRODUKT
.
106
3.2.5
DYADISCHES
PRODUKT
.
107
3.3
MATRIZENMULTIPLIKATION
.
108
3.4
LINEARE
GLEICHUNGSSYSTEME
.
117
3.4.1
GLEICHUNGSSYSTEME
MIT
REELLEN
KOEFFIZIENTEN
.
118
3.4.2
GLEICHUNGSSYSTEME
MIT
KOMPLEXEN
KOEFFIZIENTEN
.
120
3.5
POLYNOME
.
123
3.5.1
GRUNDOPERATIONEN
UND
NULLSTELLEN
.
124
3.5.2
ABLEITUNG
UND
INTEGRAL
.
126
3.6
PROJEKTAUFGABE:
BLITZSCHUTZSYSTEM
.
132
3.7
AUFGABEN
.
136
4
FUNKTIONSDARSTELLUNGEN
UND
ANIMATIONEN
MIT
MATPLOTLIB
137
4.1
2D-FUNKTIONSPLOTS
.
137
4.1.1
GRUNDSTRUKTUR
EINES
FUNKTIONSPLOTS
.
138
4.1.2
GITTERNETZLINIEN
.
140
4.1.3
BESCHRIFTUNGEN
.
142
4.1.4
LINIENSTILE
.
145
4.1.5
ACHSENGESTALTUNG
.
146
4.1.6
FLAECHEN
EINFAERBEN
.
152
4.1.7
UNTERDIAGRAMME
.
155
4.1.8
PARAMETERDARSTELLUNG
.
161
4.1.9
FUNKTIONSPARAMETER
INTERAKTIV
AENDERN
.
164
4.1.10
KONTURPLOTS
.
167
4.2
3D-FUNKTIONSPLOTS
.
170
4.2.1
SCHRAUBENLINIE
.
170
4.2.2
KREISRING
.
172
4.2.3
KOMBINATION
EINES
3D-PLOTS
MIT
EINEM
KONTURPLOT
.
174
4.3
VEKTOREN
.
176
4.3.1
ADDITION
VON
VEKTOREN
.
177
4.3.2
VEKTORFELD
.
178
4.4
FIGUREN,
LINIEN
UND
PFEILE
DARSTELLEN
.
180
4.4.1
RECHTECKE
.
180
4.4.2
KREISE
UND
LINIEN
.
182
4.4.3
PFEILE
.
184
4.4.4
POLYGONE
.
186
4.4.5
ANWENDUNGSBEISPIEL:
METALLSTAB
IM
MAGNETISCHEN
FELD
.
188
4.5
ANIMATIONEN
.
189
4.5.1
EINE
EINFACHE
ANIMATION:
VERSCHIEBEN
EINER
SINUSFUNKTION
.
190
4.5.2
ANIMIERTER
SCHIEFER
WURF
.
192
4.5.3
ANIMIERTE
PLANETENBAHN
.
195
4.6
PROJEKTAUFGABE:
ANIMATION
EINES
GETRIEBES
.
197
4.7
AUFGABEN
.
200
5
SYMBOLISCHES
RECHNEN
MIT
SYMPY
201
5.1
MATHEMATISCHE
GRUNDOPERATIONEN
.
204
5.1.1
ADDITION
.
204
5.1.2
MULTIPLIKATION
VON
TERMEN
.
205
5.1.3
MULTIPLIKATION
VON
LINEARFAKTOREN
.
206
5.1.4
DIVISION
.
207
5.1.5
POTENZIEREN
.
208
5.1.6
ANWENDUNGSBEISPIEL:
ANALYSE
EINES
ELEKTRISCHEN
ENERGIEUEBERTRAGUNGSSYSTEMS
.
209
5.2
MATRIZEN
MULTIPLIZIEREN
.
210
5.2.1
RECHENREGEL
.
211
5.2.2
UEBERTRAGUNGSFUNKTION
EINER
KETTENSCHALTUNG
.
212
5.3 GLEICHUNGEN
.
214
5.3.1
LINEARE
GLEICHUNGSSYSTEME
.
214
5.3.2
NICHTLINEARE
GLEICHUNGSSYSTEME
.
216
5.4
VEREINFACHUNGEN
VON
AUSDRUECKEN
.
220
5.5
REIHENENTWICKLUNG
.
221
5.6
PARTIALBRUECHE
.
222
5.7
KETTENBRUECHE
.
225
5.8
GRENZWERTE
.
228
5.8.1
GRENZWERTE
VON
FOLGEN
.
228
5.8.2
GRENZWERTE
VON
FUNKTIONEN
.
230
5.8.3
DIFFERENZIALQUOTIENT
.
231
5.9
DIFFERENZIEREN
.
233
5.10
INTEGRIEREN
.
236
5.10.1
UNBESTIMMTES
INTEGRAL
.
236
5.10.2
BESTIMMTES
INTEGRAL
.
238
5.10.3
ANWENDUNGSBEISPIEL:
GESPEICHERTE
ELEKTRISCHE
ENERGIE
.
239
5.11
DIFFERENZIALGLEICHUNGEN
.
242
5.11.1
LINEARE
DGL
ERSTER
ORDNUNG
.
243
5.11.2
ALLGEMEINE
LOESUNG
EINER
DGL
ZWEITER
ORDNUNG
.
246
5.11.3
SPEZIELLE
LOESUNG
EINER
DGL
ZWEITER
ORDNUNG
.
249
5.12
LAPLACE-TRANSFORMATION
.
251
5.12.1
LOESEN
VON
DIFFERENZIALGLEICHUNGEN
.
252
5.12.2
ANALYSE
VON
NETZWERKEN
MIT
UEBERTRAGUNGSFUNKTION
.
257
5.13
PROJEKTAUFGABE:
SPRUNGANTWORT
EINER
KETTENSCHALTUNG
.
260
5.14
AUFGABEN
.
262
6
NUMERISCHE
BERECHNUNGEN
UND
SIMULATIONEN
MIT
SCIPY
265
6.1
NULLSTELLEN
NUMERISCH
BERECHNEN
.
267
6.2
OPTIMIERUNGEN
.
269
6.3
INTERPOLATIONEN
.
271
6.4
NUMERISCHES
DIFFERENZIEREN
.
273
6.4.1
METHODEN
DER
NUMERISCHEN
DIFFERENZIATION
.
274
6.4.2
TANGENTENSTEIGUNGZEICHNEN
.
275
6.4.3
ABLEITUNG
EINER
SINUSFUNKTION
.
277
6.4.4
ANWENDUNGSBEISPIEL:
FREIER
FALL
.
279
6.5
NUMERISCHES
INTEGRIEREN
.
281
6.5.1
METHODEN
DER
NUMERISCHEN
INTEGRATION
.
282
6.5.2
BESTIMMTES
INTEGRAL
.
284
6.5.3
EINE
KONSTANTE
INTEGRIEREN
.
285
6.5.4
ANWENDUNGSBEISPIEL:
FREIER
FALL
.
287
6.5.5
UNEIGENTLICHES
INTEGRAL
.
290
6.5.6
BOGENLAENGEN
BERECHNEN
.
292
6.5.7
VOLUMEN
UND
OBERFLAECHEN
VON
ROTATIONSKOERPERN
.
294
6.5.8
ZWEIFACHINTEGRALE
.
295
6.5.9
DREIFACHINTEGRALE
.
296
6.6
DIFFERENZIALGLEICHUNGEN
NUMERISCH
LOESEN
.
298
6.6.1
NUMERISCHE
LOESUNG
VON
DIFFERENZIALGLEICHUNGEN
.
298
6.6.2
LINEARE
DGL
ERSTER
ORDNUNG
.
303
6.6.3
LINEARE
DGL
ZWEITER
ORDNUNG
.
305
6.6.4
NICHTLINEARE
DGL
ZWEITER
ORDNUNG
.
309
6.6.5
DGL-SYSTEM
ZWEITER
ORDNUNG:
GEKOPPELTES
FEDERPENDEL
.
314
6.6.6
NICHTLINEARES
DGL-SYSTEM
ZWEITER
ORDNUNG:
DOPPELPENDEL
.
318
6.7
DISKRETE
FOURIER-TRANSFORMATION
.
322
6.7.1
GRUNDSAETZLICHE
VERWENDUNG
DER
FFT.
323
6.7.2
FREQUENZSPEKTREN
VON
NICHT
SINUSFOERMIGEN
PERIODISCHEN
SIGNALEN
.
324
6.7.3
VERRAUSCHTES
SIGNAL
REKONSTRUIEREN
.
328
6.8
SCHREIBEN
UND
AUSLESEN
VON
SOUNDDATEIEN
.
330
6.8.1
SIGNALE
ERZEUGEN
UND
ABSPEICHERN
.
330
6.8.2
SIGNALE
AUSLESEN
UND
DARSTELLEN
.
331
6.9
SIGNALVERARBEITUNG
.
332
6.9.1
FREQUENZGANG
EINES
BUTTERWORTH-TIEFPASSES
.
333
6.9.2
FREQUENZGANGEINER
FREQUENZWEICHE
.
335
6.9.3
SIGNALE
FILTERN
.
337
6.10
PROJEKTAUFGABE:
SIMULATION
EINES
WAELZLAGERSCHADENS
.
339
6.11
PROJEKTAUFGABE:
RAEUBER-BEUTE-MODELL
.
343
6.11.1
EXPONENTIELLES
WACHSTUM
.
343
6.11.2
LOGISTISCHES
WACHSTUM
.
344
6.11.3
RAEUBER-BEUTE-BEZIEHUNG
.
346
6.11.4
RAEUBER-BEUTE-MODELL
MIT
LOGISTISCHEM
WACHSTUM
.
349
6.12
PROJEKTAUFGABE:
SIMULATION
EINER
EPIDEMIE
.
353
6.13
AUFGABEN
.
356
7
3D-GRAFIK
UND
ANIMATIONEN
MIT
VPYTHON
359
7.1
DAS
KOORDINATENSYSTEM
.
361
7.2
GRUNDKOERPER,
PUNKTE
UND
LINIEN
.
363
7.2.1
ZYLINDER
.
364
7.2.2
QUADER
.
366
7.2.3
PUNKTE
.
368
7.2.4
LINIEN
.
369
7.2.5
KUGEL
.
371
7.2.6
DURCHDRINGUNG
.
374
7.2.7
ZUSAMMENGESETZTE
KOERPER
.
376
7.3
KOERPER
BEWEGEN
SICH
.
378
7.3.1
SENKRECHTE
BEWEGUNG
.
378
7.3.2
WAAGERECHTE
BEWEGUNG
.
379
7.3.3
BEWEGUNG
IM
RAUM
.
381
7.3.4
ZUSAMMENGESETZTE
BEWEGUNG
.
383
7.3.5
ROTATIONSBEWEGUNGEN
.
385
7.3.6
ZUFAELLIGE
BEWEGUNG
VON
KOERPERN
.
390
7.4
ANIMATION
VON
SCHWINGUNGEN
.
392
7.4.1
FADENPENDEL
.
392
7.4.2
FEDERPENDEL
.
394
7.5
EREIGNISVERARBEITUNG
.
397
7.6
PROJEKTAUFGABE:
ANIMATION
EINES
GEKOPPELTEN
FEDERPENDELS
.
400
7.7
PROJEKTAUFGABE:
ANIMATION
EINES
DOPPELPENDELS
.
403
7.8
AUFGABEN
.
407
8
RECHNEN
MIT
KOMPLEXEN
ZAHLEN
409
8.1
MATHEMATISCHE
OPERATIONEN
.
410
8.2
DIE
EULERSCHE
FORMEL
.
412
8.3
RECHNEN
MIT
KOMPLEXEN
WIDERSTAENDEN
.
414
8.4
FUNKTIONSPLOTS
MIT
KOMPLEXEN
GROESSEN
.
416
8.4.1
KOMPLEXER
FREQUENZGANG
EINES
REIHENSCHWINGKREISES
.
417
8.4.2
ORTSKURVEN
.
419
8.5
PROJEKTAUFGABE:
ELEKTRISCHES
ENERGIEUEBERTRAGUNGSSYSTEM
.
421
8.6
AUFGABEN
.
427
9
STATISTISCHE
BERECHNUNGEN
429
9.1
MESSWERTE
ERZEUGEN,
ABSPEICHERN
UND
AUSLESEN
.
431
9.1.1
MESSWERTE
ERZEUGEN
.
431
9.1.2
MESSREIHE
IN
EINE
TABELLE
UMWANDELN
.
433
9.1.3
MESSWERTE
IN
EINE
DATEI
SCHREIBEN
.
434
9.1.4
MESSWERTE
AUS
EINER
DATEI
AUSLESEN
.
435
9.2
HAEUFIGKEITSVERTEILUNG
.
436
9.2.1
HAEUFIGKEITSTABELLEN
.
436
9.2.2
HISTOGRAMME
.
438
9.3
LAGEPARAMETER
.
440
9.3.1
ARITHMETISCHER
MITTELWERT
.
440
9.3.2
MODUS,
MEDIAN,
HARMONISCHER
UND
GEOMETRISCHER
MITTELWERT
.
441
9.4
STREUUNGSPARAMETER
.
443
9.5
NORMALVERTEILUNG
.
447
9.5.1
GRAFISCHE
DARSTELLUNG
DER
DICHTEFUNKTION
.
448
9.5.2
WAHRSCHEINLICHKEITSVERTEILUNG
.
449
9.6
SCHIEFE
.
451
9.7
REGRESSIONSANALYSE
.
453
9.7.1
BERECHNUNG
DER
REGRESSIONSPARAMETER
.
454
9.7.2
DARSTELLUNG
DES
STREUDIAGRAMMS
UND
DER
REGRESSIONSGERADEN
.
456
9.8
PROJEKTAUFGABE:
SIMULATION
EINER
QUALITAETSREGELKARTE
.
457
9.9
AUFGABEN
.
463
10
BOOLESCHE
ALGEBRA
465
10.1
LOGISCHE
VERKNUEPFUNGEN
.
466
10.1.1
KONJUNKTION
.
466
10.1.2
DISJUNKTION
.
467
10.1.3
NEGATION
I
.
468
10.2
GESETZE
DER
BOOLESCHEN
ALGEBRA
.
470
10.2.1
EINFACHE
POSTULATE
.
470
10.2.2
DIE
DEMORGANSCHEN
GESETZE
.
470
10.2.3
DISTRIBUTIVGESETZ
.
471
10.3
SCHALTUNGSSYNTHESE
.
472
10.3.1
VEREINFACHEN
VON
LOGIKFUNKTIONEN
DURCH
AUSKLAMMERN
.
472
10.3.2
VEREINFACHUNG
MIT
DER
DISJUNKTIVEN
NORMALFORM
.
474
10.3.3
VEREINFACHUNG
MIT
DER
KONJUNKTIVEN
NORMALFORM
.
476
10.4
PROJEKTAUFGABE:
SIEBENSEGMENTCODIERUNG
.
477
10.5
AUFGABEN
.
480
11
INTERAKTIVE
PROGRAMMIERUNG
MIT
TKINTER
48I
11.1
INTERAKTIONEN
MIT
BEFEHLSSCHALTFLAECHEN,
TEXTFELDERN
UND
BEZEICHNUNGSFELDERN
.
483
11.1.1
BEZEICHNUNGSFELDER
.
483
11.1.2
TEXTFELDER
UND
BEFEHLSSCHALTFLAECHEN
.
484
11.2
DER
LAYOUT-MANAGER
VON
TKINTER
.
488
11.2.1
DIE
PACK()-METHODE
.
489
11.2.2
DIEFRAME()-METHODE
.
490
11.2.3
DIE
PLACE()-METHODE
.
492
11.2.4
DIE
GRIDQ-METHODE
.
494
11.2.5
ZUSAMMENFASSUNG
.
496
11.3
AUSWAHL
MIT
RADIOBUTTON
.
497
11.4
SCHIEBEREGLER
.
499
11.5
DIE
ZEICHENFLAECHE
CANVAS
.
504
11.5.1
LINIEN
DARSTELLEN
.
505
11.5.2
FUNKTIONSPLOTS
.
506
11.5.3
MAUSKOORDINATEN
ABFRAGEN
.
508
11.6
PROJEKTAUFGABE:
DREHFREQUENZREGELUNG
EINES
FREMDERREGTEN
GLEICHSTROMMOTORS
.
510
11.7
AUFGABEN
.
523
ANHANG
525
A.1
GLOSSAR:
GRUNDBEGRIFFE
DER
PRAKTISCHEN
INFORMATIK
.
525
A.2
ABLEITUNGEN
ELEMENTARER
FUNKTIONEN
.
526
A.3
STAMMFUNKTIONEN
ELEMENTARER
FUNKTIONEN
.
527
A.4
FOURIER-REIHEN
WICHTIGER
ELEKTROTECHNISCHER
SPANNUNGSVERLAEUFE
.
528
A.5
KORRESPONDENZTABELLE
WICHTIGER
INVERSER
LAPLACE-TRANSFORMATIONEN
.
529
A.6
LITERATURVERZEICHNIS
.
530
INDEX
.
531 |
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Inhaltsverzeichnis
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