Wolfram Koepf

This textbook offers an algorithmic introduction to the field of computer algebra. A leading expert in the field, the author guides readers through numerous hands-on tutorials designed to build practical skills and algorithmic thinking. This implementation-oriented approach equips readers with versatile tools that can be used to enhance studies in mathematical theory, applications, or teaching. Presented using Mathematica code, the book is fully supported by downloadable sessions in Mathematica, Maple, and Maxima. Opening with an introduction to computer algebra systems and the basics of programming mathematical algorithms, the book goes on to explore integer arithmetic. A chapter on modular arithmetic completes the number-theoretic foundations, which are then applied to coding theory and cryptography. From here, the focus shifts to polynomial arithmetic and algebraic numbers, with modern algorithms allowing the efficient factorization of polynomials. The final chapters offer extensions into more advanced topics: simplification and normal forms, power series, summation formulas, and integration. Computer Algebra is an indispensable resource for mathematics and computer science students new to the field. Numerous examples illustrate algorithms and their implementation throughout, with online support materials to encourage hands-on exploration. Prerequisites are minimal, with only a knowledge of calculus and linear algebra assumed. In addition to classroom use, the elementary approach and detailed index make this book an ideal reference for algorithms in computer algebra.

This textbook offers an algorithmic introduction to the field of computer algebra. A leading expert in the field, the author guides readers through numerous hands-on tutorials designed to build practical skills and algorithmic thinking. This implementation-oriented approach equips readers with versatile tools that can be used to enhance studies in mathematical theory, applications, or teaching. Presented using Mathematica code, the book is fully supported by downloadable sessions in Mathematica, Maple, and Maxima. Opening with an introduction to computer algebra systems and the basics of programming mathematical algorithms, the book goes on to explore integer arithmetic. A chapter on modular arithmetic completes the number-theoretic foundations, which are then applied to coding theory and cryptography. From here, the focus shifts to polynomial arithmetic and algebraic numbers, with modern algorithms allowing the efficient factorization of polynomials. The final chapters offer extensions into more advanced topics: simplification and normal forms, power series, summation formulas, and integration. Computer Algebra is an indispensable resource for mathematics and computer science students new to the field. Numerous examples illustrate algorithms and their implementation throughout, with online support materials to encourage hands-on exploration. Prerequisites are minimal, with only a knowledge of calculus and linear algebra assumed. In addition to classroom use, the elementary approach and detailed index make this book an ideal reference for algorithms in computer algebra.

Modern algorithmic techniques for summation, most of which were introduced in the 1990s, are developed here and carefully implemented in the computer algebra system Maple™.The algorithms of Fasenmyer, Gosper, Zeilberger, Petkovšek and van Hoeij for hypergeometric summation and recurrence equations, efficient multivariate summation as well as q-analogues of the above algorithms are covered. Similar algorithms concerning differential equations are considered. An equivalent theory of hyperexponential integration due to Almkvist and Zeilberger completes the book.The combination of these results gives orthogonal polynomials and (hypergeometric and q-hypergeometric) special functions a solid algorithmic foundation. Hence, many examples from this very active field are given.The materials covered are suitable for an introductory course on algorithmic summation and will appeal to students and researchers alike.

Computeralgebra-Systeme spielen in Zukunft im Mathematikunterricht der Sekundarstufe II eine wichtige Rolle. Dieses Buch ist auf den Schulstoff der Sekundarstufe II ausgerichtet und richtet sich an Lehramtsstudenten und interessierte Lehrer, die sich in das Programm DERIVE einarbeiten möchten, um es dann im Unterricht, insbesondere in Leistungskursen Mathematik, zu verwenden.

Dieses Lehrbuch gibt eine Einführung in das moderne Gebiet der Computeralgebra. Während die ersten 9 Kapitel den Standardkanon abdecken, werden in den restlichen 3 Kapiteln Themen behandelt, welche in dieser Form noch nicht in Lehrbuchform erschienen sind und sich für eine weiterführende Vorlesung anbieten.Die betrachteten Algorithmen werden in Sitzungen mit dem Computeralgebrasystem Mathematica programmiert und getestet. Alle Sitzungen werden alternativ auch als Worksheets für Maple und MuPAD im Internet bereitgestellt, so dass Mathematica gänzlich durch Maple oder MuPAD ersetzt werden kann.Durch die Verwendung realer Implementierungen anstelle von Pseudocode werden die betrachteten Algorithmen sofort anwendbar und überprüfbar.Kenntnisse der höheren Algebra werden nicht vorausgesetzt, dennoch werden alle Beweise geführt. Da das Buch elementar gehalten ist und einen sehr ausführlichen Index besitzt, ist es auch als Nachschlagewerk über Algorithmen der Computeralgebra gut geeignet.

Dieses Lehrbuch fuhrt prazise, exakt und in leicht nachvollziehbaren Schritten in den Aufbau der reellen Zahlen ein. Es ist daher die ideale Erganzung zur Analysisvorlesung und bestens geeignet fur ein Proseminar uber reelle Zahlen. Zunachst wird eine axiomatische Charakterisierung erstellt. Mit drei verschiedenen Konstruktionen wird dann das facettenreiche Bild der reellen Zahlen entwickelt. Am Beispiel der metrischen Raume wird die Moglichkeit der Verallgemeinerung bewahrter Konvergenzkonzepte aufgezeigt, wobei die Cantorkonstruktion eine wichtige Rolle spielt. Mit der ebenso vertrauten wie praktisch nutzlichen Dezimaldarstellung der reellen Zahlen schliesst das Buch."

Dieses Buch stellt die Fortsetzung des Bandes "Mathematik mit DERIVE" dar, das der Autor zusammen mit Adi-Ben Israel und R. P. Gilbert geschrieben hat. Die ausgewahlten Themen umfassen den Stoff, den jeder Mathematik- und Ingenieurstudent aus der mehrdimensionalen Analysis kennen sollte. Dabei unterstutzen ihn einerseits viele Ubungsaufgaben, andererseits Mustersitzungen mit dem Computeralgebra-System DERIVE, damit der Blick auf die mathematischen Inhalte nicht durch (zu-)viel Rechnerei verstellt wird.

Anläßlich eines Forschungsaufenthalts 1988/1989 von Bob Gilbert (University of De­ laware, USA) am Fachbereich Mathematik der Freien Universität Berlin wurde ich durch ihn auf die Verwendung symbolischer Mathematikprogramme, und zwar des Computeralgebrasystems MACSYMA, in der mathematischen Forschung aufmerk­ sam gemacht. Von diesem Zeitpunkt an kam ich von dem Gedanken der Benutzung solcher Programme in der mathematischen Lehre nicht mehr los. Die Miniaturisierung in der Computertechnologie hatte derartige Programme nun auf kleinsten Rechnern verfügbar gemacht, und ich war sicher, daß dies die Praxis von Mathematikerinnen und Mathematikern sowie Mathematikanwendern in der nahen Zukunft radikal verändern wird. Anstatt schwierige Integrale von Hand aus­ zurechnen - mit der Gefahr, sich in langwierigen Teilschritten zu verrechnen -, wird z. B. der zukünftige Bauingenieur versuchen, das betreffende Integral zunächst mit einem Mathematikprogramm zu lösen. Nur, wenn er hiermit scheitert, wird er zur bewährten Handberechnung übergehen. Wir wollen nicht verhehlen, daß auch dies eine nicht zu unterschätzende Gefahr birgt, nämlich die, Ergebnissen von Mathe­ matikprogrammen unbegrenzt Vertrauen zu schenken. Genauso, wie man ein von Hand berechnetes Resultat durch Kontrollrechnungen so lange überprüfen muß, bis man sich des Ergebnisses sicher ist, muß man die Ergebnisse, die ein Mathematik­ progamm erzeugt, einer sorgfältigen Überprüfung unterziehen. Wenn aber solche Programme sowohl in der Forschung als auch in der Praxis von Bedeutung sind, sollten sie in der mathematischen Lehre ebenfalls eine Rolle spie­ len. Weil die Praxis der Arbeit mit einem Mathematikprogramm einer entsprechen­ den Schulung bedarf, muß diese in die Mathematikausbildungintegriert werden.