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@ -1,3 +1,19 @@
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<style>
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.formula, .letters {
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color: black;
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padding: 0.5rem;
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border: solid black 2px;
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}
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.formula {
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background: lightblue;
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}
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.letters {
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background: lightyellow;
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}
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</style>
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# Höhere Mathematik
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## Inhalt
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- [Höhere Mathematik](#höhere-mathematik)
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@ -64,33 +80,51 @@ Maschinenzahlen sind normalisiert, wenn
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Maschinenzahlen werden normalisiert, damit es zu jedem Wert eine eindeutige Darstellung als Maschinenzahl gibt.
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### Grenzen von Maschinenzahlen
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<div class="formula">
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$x_{max} = B^{e_{max}} - B^{e_{max}-n} = (1 - B^{-n}) \cdot B^{e_{max}}$
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$x_min = B^{e_{min} - 1}$
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</div>
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### Datentypen gem. IEEE
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`float` oder `single`: 32 Bit - 1 Bit für Vorzeichen, 23 Bit für Mantisse $m$, 8 Bit für Exponent $e$
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`double`: 64 Bit - 1 Bit für Vorzeichen, 52 für Mantisse $m$, 11 Bit für Exponent $e$
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### Rundungsfehler und Maschinengenauigkeit
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<div class="formula">
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Absoluter Fehler:
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$$|\tilde{x} - x|$$
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</div>
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<div class="formula">
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Relativer Fehler:
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$$\frac{|\tilde{x} - x|}{|x|}$$
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</div>
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<div class="formula">
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Maximaler **absoluter** Rundungsfehler:
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$$\frac{B}{2} \cdot B^{e - n - 1}$$
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</div>
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<div class="formula">
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**Maschinengenauigkeit** oder maximaler **relativer** Rundungsfehler:
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$$\frac{1}{2} \cdot B^{1 - n}$$
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</div>
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<div class="formula">
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Fehlerfortpflanzung bei Funktionsauswertung:
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Relativ:
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@ -101,6 +135,9 @@ Absolut:
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$$|f'(x)| \cdot |\tilde{x} - x|$$
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</div>
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<div class="letters">
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- $B$: Die Basis der Maschinenzahl
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- $e$: Der Exponent der Maschinenzahl (Standard-Wert: $0$)
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- $n$: Die Anzahl Stellen der Mantisse $m$
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@ -108,6 +145,8 @@ $$|f'(x)| \cdot |\tilde{x} - x|$$
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- $\tilde{x}$: Die Annäherung/Approximation an $x$
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- $f$: Auszuwertende Funktion
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</div>
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### Konditionszahl
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Die Konditionszahl gibt an, wie gross der potenzielle relative Fehler einer numerischen Lösung ist.
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@ -115,9 +154,17 @@ Eine niedrige Konditionszahl ($K \le 1$) bedeutet einen niedrigen Fehler, eine h
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Formel:
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<div class="formula">
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Konditionszahl:
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$$K = \frac{|f'(x)| \cdot |x|}{|f(x)|}$$
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</div>
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## Formelbuchstaben
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<div class="letters">
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- $B$: Basis der Maschinenzahl
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- $e$: Exponent der Maschinenzahl
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- $K$: Konditionszahl
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@ -125,4 +172,7 @@ $$K = \frac{|f'(x)| \cdot |x|}{|f(x)|}$$
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- $n$: Anzahl möglicher Stellen der Mantisse $m$
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- $x$: Darzustellender Wert
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- $\tilde{x}$: Approximation/Annäherung an $x$
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</div>
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## Glossar
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