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1b01ebcb92
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8b71e79852
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@ -0,0 +1,20 @@
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Stappen
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Meffle
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Gathmann
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Fulton
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Eisenbud
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Miles
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Reid
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CoCalc
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Macaulay
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Zerfällungskörper
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Galoisgruppe
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simplizialen
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Ricci-flache
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Zerfällungskörpern
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Galoisgruppen
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Gödelschen
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Einspolynom
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reduzibel
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Clebsch
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Hammurabi-Dynastie
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@ -0,0 +1,3 @@
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{"rule":"GERMAN_SPELLER_RULE","sentence":"^\\QWenn Sie als Hausaufgabe nachrechnen sollen, dass ein gegebenes Polynom \\E(?:Dummy|Ina|Jimmy-)[0-9]+\\Q irreduzibel ist, dann werden wir den Output von „isIrreducible(\\E(?:Dummy|Ina|Jimmy-)[0-9]+\\Q)“ aber nicht akzeptieren.\\E$"}
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{"rule":"DOPPELTE_SATZZEICHEN","sentence":"^\\QWorum geht es in dieser Vorlesung?.\\E$"}
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{"rule":"DE_CASE","sentence":"^\\QWikipedia schreibt: Rationale Parametrisierung des Kreises Pythagoreische Tripel finden sich bereits auf babylonischen Tontafeln, die in die Zeit der Hammurabi-Dynastie datiert werden (1829 bis 1530 v. Chr.).\\E$"}
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@ -0,0 +1 @@
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{"rule":"UPPERCASE_SENTENCE_START","sentence":"^\\Qfour bar linkage\\E$"}
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64
00.tex
64
00.tex
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@ -3,23 +3,18 @@
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\section*{Vorbemerkung}
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\section*{Vorbemerkung}
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Dieses Skript zur Vorlesung ``Kommutative Algebra und Einführung in die
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Dieses Skript zur Vorlesung „Kommutative Algebra und Einführung in die
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Algebraische Geometrie'' baut auf einer sehr ausführlichen Vorlesungsmitschrift
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Algebraische Geometrie“ baut auf einer sehr ausführlichen Vorlesungsmitschrift
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auf, die Christoph Stappen vor einigen Jahren in meiner Vorlesung angefertigt
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auf, die Christoph Stappen vor einigen Jahren in meiner Vorlesung angefertigt
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hat. Das Skript wird im Laufe des Sommersemesters 2021 ständig weiter
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hat. Der Stoff ist in 24 Vorlesungen eingeteilt, was ungefähr der Länge eines
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geschrieben; sie finden die neueste Version stets auf der
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Sommersemesters entspricht.
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\href{https://nextcloud.cplx.vm.uni-freiburg.de/index.php/s/HgKt6MctE3Hfmix}{Nextcloud}.
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Um schnell zu erkennen, ob der Text seit ihrem letzten Besuch geändert wurde
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finden Sie am Anfang eines jeden Kapitels die aktuelle Revisionsnummer und das
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Datum der letzten Änderung. Vermutlich lohnt es sich gar nicht, diese PDF-Datei
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auf Ihrem Computer zu speichern: holen Sie sich einfach immer die neueste
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Version aus der Cloud, dann sind sie stets auf dem aktuellen Stand.
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Der Stoff ist in 24 Vorlesungen eingeteilt; sie finden das Datum für jede
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Dieses Skript wird ständig weiter geschrieben. Um schnell zu erkennen, ob der
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Vorlesung auf unserem
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Text seit ihrem letzten Besuch geändert wurde finden Sie unten auf jeder Seite
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\href{https://nextcloud.cplx.vm.uni-freiburg.de/index.php/apps/calendar/p/jB4GC5kJ5SYfNKcX}{Kalender}.
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die aktuelle Revisionsnummer und das Datum der letzten Änderung. Vermutlich
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Die Übungsaufgaben werden sich an diesen Daten orientieren; sie selbst können
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lohnt es sich gar nicht, diese PDF-Datei auf Ihrem Computer zu speichern: holen
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aber gern vorarbeiten, wenn Sie das möchten.
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Sie sich einfach immer die neueste Version aus der Cloud, dann sind sie stets
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auf dem aktuellen Stand.
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Beim Schreiben werden uns ganz bestimmt ein paar Fehler unterlaufen. Falls Sie
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Beim Schreiben werden uns ganz bestimmt ein paar Fehler unterlaufen. Falls Sie
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ein Problem entdecken oder sich nicht sicher sind, sprechen Sie einen
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ein Problem entdecken oder sich nicht sicher sind, sprechen Sie einen
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@ -56,17 +51,17 @@ verwenden. Wikipedia ist auch noch da.
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\item Der Kollege Andreas Gathmann aus Kaiserslautern hat eine Reihe von
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\item Der Kollege Andreas Gathmann aus Kaiserslautern hat eine Reihe von
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hervorragenden
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hervorragenden
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\href{https://www.mathematik.uni-kl.de/~gathmann/de/alggeom.php}{Skripten zur
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\href{https://www.mathematik.uni-kl.de/~gathmann/de/alggeom.php}{Skripten zur
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Algebraischen Geometrie}, die diese Vorlesung perfekt ergänzen.
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Algebraischen Geometrie}, die diese Vorlesung perfekt ergänzen.
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\item Der Kollege \href{http://math.stanford.edu/~vakil/}{Ravi Vakil} aus
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\item Der Kollege \href{http://math.stanford.edu/~vakil/}{Ravi Vakil} aus
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Stanford gibt regelmäßig Kurse zu
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Stanford gibt regelmäßig Kurse zu
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\href{https://math216.wordpress.com/}{Foundations of Algebraic Geometry}.
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\href{https://math216.wordpress.com/}{Foundations of Algebraic Geometry}. Sein
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Sein Skript \href{http://math.stanford.edu/~vakil/216blog/}{The Rising Sea:
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Skript \href{http://math.stanford.edu/~vakil/216blog/}{The Rising Sea:
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Foundations Of Algebraic Geometry Notes} ist ein bischen lang, aber ein
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Foundations Of Algebraic Geometry Notes} ist ein bisschen lang, aber ein
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absolutes Muss. Es gibt auch jede Menge anderes Material, wie einen
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absolutes Muss. Es gibt auch jede Menge anderes Material, wie einen
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Youtube-Kanal
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YouTube-Kanal
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\href{https://www.youtube.com/channel/UCy3u23mZE4TyW88yr6JLx9A}{Algebraic
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\href{https://www.youtube.com/channel/UCy3u23mZE4TyW88yr6JLx9A}{Algebraic
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Geometry In The Time Of COVID} mit sehr hörenswerten ``Pseudo-Vorlesungen''.
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Geometry In The Time Of COVID} mit sehr hörenswerten „Pseudo-Vorlesungen“.
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\item Teile dieser Vorlesung orientieren sich an dem Einführungstext
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\item Teile dieser Vorlesung orientieren sich an dem Einführungstext
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\cite{MR1042981} von William Fulton, das kostenlos auf
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\cite{MR1042981} von William Fulton, das kostenlos auf
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@ -82,14 +77,14 @@ verwenden. Wikipedia ist auch noch da.
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\item Das Buch \cite{Ha77}, das Sie sich
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\item Das Buch \cite{Ha77}, das Sie sich
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\href{https://doi.org/10.1007/978-1-4757-3849-0}{aus dem Universitätsnetz
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\href{https://doi.org/10.1007/978-1-4757-3849-0}{aus dem Universitätsnetz
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kostenlos herunterladen} können, ist der Klassiker unter den
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kostenlos herunterladen} können, ist der Klassiker unter den Einführungstexten
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Einführungstexten in die Algebraische Geometrie. Das Buch behandelt viel, viel
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in die Algebraische Geometrie. Das Buch behandelt viel, viel mehr Material
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mehr Material als wir in diesem Kurs diskutieren werden. Aber schon allein
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als wir in diesem Kurs diskutieren werden. Aber schon allein das erste
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das erste Kapitel lohnt sich…
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Kapitel lohnt sich…
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\item Das Buch \cite{Harris95}, das Sie sich ebenfalls
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\item Das Buch \cite{Harris95}, das Sie sich ebenfalls
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\href{https://doi.org/10.1007/978-1-4757-2189-8}{kostenlos aus dem
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\href{https://doi.org/10.1007/978-1-4757-2189-8}{kostenlos aus dem
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Universitätsnetz} herunterladen können, ist eher eine sehr durchdachte
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Universitätsnetz} herunterladen können, ist eher eine sehr durchdachte
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Beispielsammlung zur Algebraischen Geometrie als ein Lehrbuch. Hier finden
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Beispielsammlung zur Algebraischen Geometrie als ein Lehrbuch. Hier finden
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Sie Beispiele für ALLES, was in dieser Vorlesung passiert.
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Sie Beispiele für ALLES, was in dieser Vorlesung passiert.
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@ -116,21 +111,21 @@ verwenden. Wikipedia ist auch noch da.
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Sie müssen nicht programmieren können, um an dieser Vorlesung teilzunehmen.
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Sie müssen nicht programmieren können, um an dieser Vorlesung teilzunehmen.
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Computer können Ihnen aber oft helfen, komplizierte Rechnungen zu überprüfen,
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Computer können Ihnen aber oft helfen, komplizierte Rechnungen zu überprüfen,
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ausserdem kann man schöne Bilder malen. Wir akzeptieren für Hausaufgaben
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außerdem kann man schöne Bilder malen. Wir akzeptieren für Hausaufgaben
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Rechnungen mit Computer-Algebra-Systemen, wenn diese nachvollziehbar und gut
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Rechnungen mit Computer-Algebra-Systemen, wenn diese nachvollziehbar und gut
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dokumentiert sind. Das kann zum Beispiel beim Ausmultiplizieren und
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dokumentiert sind. Das kann zum Beispiel beim Ausmultiplizieren und
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vereinfachen von Polynomen hilfreich sein. Wenn Sie als Hausaufgabe nachrechnen
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vereinfachen von Polynomen hilfreich sein. Wenn Sie als Hausaufgabe nachrechnen
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sollen, dass ein gegebenes Polynom $f$ irreduzibel ist, dann werden wir den
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sollen, dass ein gegebenes Polynom $f$ irreduzibel ist, dann werden wir den
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Output von ``\texttt{isIrreducible($f$)}'' aber nicht akzeptieren.
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Output von „\texttt{isIrreducible($f$)}“ aber nicht akzeptieren.
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\subsubsection*{Sage}
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\subsubsection*{Sage}
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Sage ist ein Computer-Algebra-System, mit dem man jede Art von Rechnungen
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Sage ist ein Computer-Algebra-System, mit dem man jede Art von Rechnungen
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durchführen kann; auf \url{http://www.sagemath.org} können Sie das Programm
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durchführen kann; auf \url{http://www.sagemath.org} können Sie das Programm
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herunterladen; dort finden Sie auch unendlich viele Anleitungen, Beispiele, etc
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herunterladen; dort finden Sie auch unendlich viele Anleitungen, Beispiele, etc.
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etc. Sie können das Programm entweder auf Ihrem eigenen Computer installieren,
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Sie können das Programm entweder auf Ihrem eigenen Computer installieren, oder
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oder den Service CoCals verwenden.
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den Service CoCalc verwenden.
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\subsubsection*{CoCalc}
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\subsubsection*{CoCalc}
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@ -139,15 +134,10 @@ CoCalc, im Internet unter \url{https://cocalc.com} zu finden, ist eine
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Web-Seite, auf der Sie Rechnungen mit Sage durchführen können. Leider ist der
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Web-Seite, auf der Sie Rechnungen mit Sage durchführen können. Leider ist der
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kostenlose Dienst manchmal etwas langsam.
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kostenlose Dienst manchmal etwas langsam.
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Wir stellen Ihnen Beispielrechnung auf unserem
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\href{https://sage.cplx.vm.uni-freiburg.de/share/}{Sage/CoCalc-Server} vor. Sie
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können sich die Beispiele auf unserem Server ansehen, aber nicht selbst auf dem
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Server rechnen.
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\subsubsection*{Macaulay2}
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\subsubsection*{Macaulay2}
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Das Standard-Computer-Algebra-System der Algebraischen Geometrie ist
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Das Standard-Computer-Algebra-System der Algebraischen Geometrie ist
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\href{http://www2.macaulay2.com/Macaulay2/}{Macaulay2}, das Sie sich kostenlos
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\href{http://www2.macaulay2.com/Macaulay2/}{Macaulay2}, das Sie sich kostenlos
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herunterladen können. Macaulay2 kann alles, was wir hier machen, ist aber nicht
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herunterladen können. Macaulay2 kann alles, was wir hier machen, ist aber nicht
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leicht zu benutzen. Ich werde vielleicht hin und wieder ein Beispiel bringen.
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leicht zu benutzen.
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73
01.tex
73
01.tex
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@ -3,7 +3,7 @@
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\chapter{Worum geht es in dieser Vorlesung?}
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\chapter{Worum geht es in dieser Vorlesung?}
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\sideremark{Vorlesung 1}In der Vorlesung ``Algebra und Zahlentheorie'' haben wir
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\sideremark{Vorlesung 1}In der Vorlesung „Algebra und Zahlentheorie“ haben wir
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im Wesentlichen einen Körper $k$ und ein Polynom in einer Variable mit
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im Wesentlichen einen Körper $k$ und ein Polynom in einer Variable mit
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Koeffizienten in $k$ betrachtet, $f ∈ k[x]$. Wir interessierten uns zum
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Koeffizienten in $k$ betrachtet, $f ∈ k[x]$. Wir interessierten uns zum
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Beispiel für den Zerfällungskörper von $f$ und die zugeordnete Galoisgruppe
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Beispiel für den Zerfällungskörper von $f$ und die zugeordnete Galoisgruppe
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@ -36,58 +36,51 @@ vielleicht die folgenden Fragen stellen.
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Wie sieht die \href{https://de.wikipedia.org/wiki/Holonomie}{Holonomie} von
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Wie sieht die \href{https://de.wikipedia.org/wiki/Holonomie}{Holonomie} von
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$A$ aus? Ist $A$
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$A$ aus? Ist $A$
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\href{https://de.wikipedia.org/wiki/Satz_von_Hopf-Rinow#Geod\%C3\%A4tisch_vollst\%C3\%A4ndige_Mannigfaltigkeit}{geodätisch
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\href{https://de.wikipedia.org/wiki/Satz_von_Hopf-Rinow#Geod\%C3\%A4tisch_vollst\%C3\%A4ndige_Mannigfaltigkeit}{geodätisch
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vollständig}? Wie sehen die lokalen/globalen Symmetriegruppen aus?
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vollständig}? Wie sehen die lokalen/globalen Symmetriegruppen aus?
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\item Analysis: Gibt es auf $A$ spezielle Metriken? Liefern uns die Lösungen
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\item Analysis: Gibt es auf dem Raum $A$ spezielle Metriken? Liefern uns die
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geeigneter
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Lösungen geeigneter
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\href{https://de.wikipedia.org/wiki/Monge-Amp\%C3\%A8resche_Gleichung}{Monge-Ampère-Differentialgleichungen}
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\href{https://de.wikipedia.org/wiki/Monge-Amp\%C3\%A8resche_Gleichung}{Monge-Ampère-Differentialgleichungen}
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vielleicht sogar eine Ricci-flache
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vielleicht sogar eine Ricci-flache
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\href{https://en.wikipedia.org/wiki/Einstein_manifold}{Kähler-Einstein-Metrik}?
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\href{https://en.wikipedia.org/wiki/Einstein_manifold}{Kähler-Einstein-Metrik}?
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\end{itemize}
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\end{itemize}
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Viele dieser Fragen betreffen Begriffe wie ``Krümmung'' oder ``Symmetrie'' , die
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Viele dieser Fragen betreffen Begriffe wie „Krümmung“ oder „Symmetrie“, die
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geometrischer Anschauung zugänglich sind. Die algebraischen Eigenschaften der
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geometrischer Anschauung zugänglich sind. Die algebraischen Eigenschaften der
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Gleichungen $f_1$, …, $f_m$ sind nicht sehr anschaulich, erlauben aber direkte
|
Gleichungen $f_1$, …, $f_m$ sind nicht sehr anschaulich, erlauben aber direkte
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Rechnungen. Die ``Algebraische Geometrie'' bringt diese Begriffe zusammen,
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Rechnungen. Die „Algebraische Geometrie“ bringt diese Begriffe zusammen, wobei
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wobei für viele Mathematiker das Zusammenspiel von ``geometrischer Anschauung''
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für viele Mathematiker das Zusammenspiel von „geometrischer Anschauung“ und
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und ``algebraischer Rechnung'' den Reiz des Gebietes ausmacht.
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„algebraischer Rechnung“ den Reiz des Gebietes ausmacht.
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Das Wort ``Zusammenspiel'' klingt dabei vielleicht etwas vage. Tatsächlich gibt
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Das Wort „Zusammenspiel“ klingt dabei vielleicht etwas vage. Tatsächlich gibt
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es aber sogar eine ``Äquivalenz von Kategorien''. Konsequenz: jedes Objekt der
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es aber sogar eine „Äquivalenz von Kategorien“. Konsequenz: jedes Objekt der
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Algebra und jeder Satz der Algebra ist ein Objekt oder Satz der Geometrie, und
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Algebra und jeder Satz der Algebra ist ein Objekt oder Satz der Geometrie, und
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umgekehrt. Natürlich ist es nicht immer so, dass besonders einfache Sätze der
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umgekehrt. Natürlich ist es nicht immer so, dass besonders einfache Sätze der
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Algebra auch zu besonders einfachen (oder: besonders anschaulichen) Sätzen der
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Algebra auch zu besonders einfachen (oder: besonders anschaulichen) Sätzen der
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||||||
Geometrie gehören! Ich möchte mich in dieser Vorlesung nicht mit
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Geometrie gehören! Ich möchte mich in dieser Vorlesung nicht mit
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Kategorientheorie und der ``Äquivalenz von Kategorien'' aufhalten. Stattdessen
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Kategorientheorie und der „Äquivalenz von Kategorien“ aufhalten. Stattdessen
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||||||
verfolge ich das bescheidenere Ziel, Stück für Stück ein Wörterbuch ``Algebra
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verfolge ich das bescheidenere Ziel, Stück für Stück ein Wörterbuch „Algebra $⇔$
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$⇔$ Geometrie'' zu entwickeln.
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Geometrie“ zu entwickeln.
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\begin{bemerkung}
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\begin{bemerkung}
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Die Frage nach Zerfällungskörpern und Galoisgruppen die wir in der
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Die Frage nach Zerfällungskörpern und Galoisgruppen die wir in der Vorlesung
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Vorlesung ``Algebra und Zahlentheorie'' sind nur dann interessant, wenn der
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„Algebra und Zahlentheorie“ sind nur dann interessant, wenn der Körper $k$
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Körper $k$ \emph{nicht} algebraisch abgeschlossen ist. Im Gegensatz dazu
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\emph{nicht} algebraisch abgeschlossen ist. Im Gegensatz dazu werden wir uns
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werden wir uns in dieser Vorlesung hauptsächlich für den algebraisch
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in dieser Vorlesung hauptsächlich für den algebraisch abgeschlossenen Fall
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abgeschlossenen Fall interessieren. Der
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interessieren. Der
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\href{https://de.wikipedia.org/wiki/Hilbertscher_Nullstellensatz}{Hilbertsche
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\href{https://de.wikipedia.org/wiki/Hilbertscher_Nullstellensatz}{Hilbertsche
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Nullstellensatz}\footnote{\href{https://de.wikipedia.org/wiki/David_Hilbert}{David
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Nullstellensatz}\footnote{\href{https://de.wikipedia.org/wiki/David_Hilbert}{David
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Hilbert} (* 23. Januar 1862 in Königsberg; † 14. Februar 1943 in
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Hilbert} (* 23.~Januar 1862 in Königsberg; † 14.~Februar 1943 in Göttingen)
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||||||
Göttingen) war ein deutscher Mathematiker. Er gilt als einer der
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war ein deutscher Mathematiker. Er gilt als einer der bedeutendsten
|
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bedeutendsten Mathematiker der Neuzeit. Viele seiner Arbeiten auf dem Gebiet
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Mathematiker der Neuzeit. Viele seiner Arbeiten auf dem Gebiet der Mathematik
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der Mathematik und mathematischen Physik begründeten eigenständige
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und mathematischen Physik begründeten eigenständige Forschungsgebiete. Mit
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Forschungsgebiete. Mit seinen Vorschlägen begründete er die bis heute
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seinen Vorschlägen begründete er die bis heute bedeutsame formalistische
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bedeutsame formalistische Auffassung von den Grundlagen der Mathematik und
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Auffassung von den Grundlagen der Mathematik und veranlasste eine kritische
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veranlasste eine kritische Analyse der Begriffsdefinitionen der Mathematik
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Analyse der Begriffsdefinitionen der Mathematik und des mathematischen
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und des mathematischen Beweises. Diese Analysen führten zum Gödelschen
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Beweises. Diese Analysen führten zum Gödelschen Unvollständigkeitssatz, der
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Unvollständigkeitssatz, der unter anderem zeigt, dass das Hilbertprogramm,
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unter anderem zeigt, dass das Hilbertprogramm, die von ihm angestrebte
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die von ihm angestrebte vollständige Axiomatisierung der Mathematik, nicht
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vollständige Axiomatisierung der Mathematik, nicht gänzlich erfüllt werden
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gänzlich erfüllt werden kann. Hilberts programmatische Rede auf dem
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kann. Hilberts programmatische Rede auf dem internationalen
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internationalen Mathematikerkongress in Paris im Jahre 1900, in der er eine
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Mathematikerkongress in Paris im Jahre 1900, in der er eine Liste von 23
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Liste von 23 mathematischen Problemen vorstellte, beeinflusste die
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mathematischen Problemen vorstellte, beeinflusste die mathematische Forschung
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mathematische Forschung des 20. Jahrhunderts nachhaltig.} erklärt, warum.
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des 20.~Jahrhunderts nachhaltig.} erklärt, warum.
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\end{bemerkung}
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\end{bemerkung}
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%%% Local Variables:
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%%% mode: latex
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%%% TeX-master: "21-KA"
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%%% End:
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133
02.tex
133
02.tex
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@ -7,33 +7,32 @@
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||||||
Bevor es richtig losgeht, brauchen wir Beispiele und interessanten polynomialen
|
Bevor es richtig losgeht, brauchen wir Beispiele und interessanten polynomialen
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Gleichungssysteme und zugehörigen Lösungsmengen. Der algebraische Geometer
|
Gleichungssysteme und zugehörigen Lösungsmengen. Der algebraische Geometer
|
||||||
spricht dabei nicht von Lösungsmengen, sondern von ``algebraischen Mengen''. Klingt
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spricht dabei nicht von Lösungsmengen, sondern von „algebraischen Mengen“.
|
||||||
besser.
|
Klingt besser.
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||||||
\begin{defn}[Algebraische Menge]\label{def:2-1-1}
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\begin{defn}[Algebraische Menge]\label{def:2-1-1}%
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||||||
Es sei $k$ ein Körper und es sei $m ∈ ℕ$ eine Zahl. Eine Teilmenge
|
Es sei $k$ ein Körper und es sei $m ∈ ℕ$ eine Zahl. Eine Teilmenge $A ⊆ k^m$
|
||||||
$A ⊆ k^m$ heißt \emph{algebraische Teilmenge}\index{algebraische
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heißt \emph{algebraische Teilmenge}\index{algebraische Teilmenge des $k^m$},
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Teilmenge des $k^m$}, falls es Polynome
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falls es Polynome $f_1, …, f_n ∈ k[x_1, …, x_m]$ gibt, sodass
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||||||
$f_1, …, f_n ∈ k[x_1, …, x_m]$ gibt, sodass
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||||||
\[
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\[
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||||||
A = \Bigl\{ \vec{x} ∈ k^m \::\: f_1(\vec{x}) = ⋯ = f_n(\vec{x}) = 0
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A = \Bigl\{ \vec{x} ∈ k^m \::\: f_1(\vec{x}) = ⋯ = f_n(\vec{x}) = 0
|
||||||
\Bigr\}.
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\Bigr\}
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||||||
\]
|
\]
|
||||||
ist.
|
ist.
|
||||||
\end{defn}
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\end{defn}
|
||||||
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|
||||||
\begin{bemerkung}
|
\begin{bemerkung}
|
||||||
In der Literatur werden algebraische Mengen manchmal als \emph{affine
|
In der Literatur werden algebraische Mengen manchmal als \emph{affine
|
||||||
Varietäten} bezeichnet; die meisten Autoren reservieren das Wort
|
Varietäten}\index{affine Varietäten}\index{Varietät!affin} bezeichnet; die
|
||||||
``Varietät'' aber für algebraische Mengen, die mit einer gewissen Topologie
|
meisten Autoren reservieren das Wort „Varietät“ aber für algebraische
|
||||||
versehen wurden. Andere fordern zusätzlich noch, dass man einen Begriff von
|
Mengen, die mit einer gewissen Topologie versehen wurden. Andere fordern
|
||||||
``algebraischen Funktionen'' definiert.
|
zusätzlich noch, dass man einen Begriff von „algebraischen Funktionen“
|
||||||
|
definiert.
|
||||||
\end{bemerkung}
|
\end{bemerkung}
|
||||||
|
|
||||||
\begin{notation}[Algebraische Menge]\label{not:2-1-3}
|
\begin{notation}[Algebraische Menge]\label{not:2-1-3}%
|
||||||
Es sei $k$ ein Körper, es sei $m ∈ ℕ$ eine Zahl und es seien
|
Es sei $k$ ein Körper, es sei $m ∈ ℕ$ eine Zahl und es seien $f_1, …, f_n ∈
|
||||||
$f_1, …, f_n ∈ k[x_1, …, x_m]$ Polynome. Die zugehörende algebraische Menge
|
k[x_1, …, x_m]$ Polynome. Die zugehörende algebraische Menge wird oft mit
|
||||||
wird oft mit
|
|
||||||
\[
|
\[
|
||||||
V(f_1, …, f_n) = \Bigl\{ \vec{x} ∈ k^m \::\: f_1(\vec{x}) = ⋯ =
|
V(f_1, …, f_n) = \Bigl\{ \vec{x} ∈ k^m \::\: f_1(\vec{x}) = ⋯ =
|
||||||
f_n(\vec{x}) = 0 \Bigr\}
|
f_n(\vec{x}) = 0 \Bigr\}
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@ -43,8 +42,8 @@ besser.
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\begin{bsp}[Der gesamte Raum]
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\begin{bsp}[Der gesamte Raum]
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Es sei $k$ ein Körper. Der gesamte Raum $k^m$ ist eine algebraische Menge
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Es sei $k$ ein Körper. Der gesamte Raum $k^m$ ist eine algebraische Menge
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(nehme für $f_{•}$ das Nullpolynom). Wenn ich von $k^m$ als
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(nehme für $f_•$ das Nullpolynom). Wenn ich von $k^m$ als algebraischer Menge
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algebraischer Menge spreche, benutze ich oft das Wort \emph{affiner Raum} und
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spreche, benutze ich oft das Wort \emph{affiner Raum}\index{affiner Raum} und
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schreibe $𝔸^m$.
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schreibe $𝔸^m$.
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\end{bsp}
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\end{bsp}
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@ -63,9 +62,9 @@ besser.
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\end{bsp}
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\end{bsp}
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\begin{bsp}[Graph einer rationalen Funktion]
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\begin{bsp}[Graph einer rationalen Funktion]
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Es sei $k$ ein Körper und es sei $f ∈ k(x)$ eine rationale Funktion.
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Es sei $k$ ein Körper und es sei $f ∈ k(x)$ eine rationale Funktion. Schreibe
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Schreibe $f$ als Quotient, $f = a/b$, wobei $a$ und $b ∈ k[x]$ teilerfremde
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$f$ als Quotient, $f = a/b$, wobei $a$ und $b ∈ k[x]$ teilerfremde Polynome
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Polynome sind. Dann ist der Graph von $f$,
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sind. Dann ist der Graph von $f$,
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\[
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\[
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A = \Bigl\{ (x,y) ∈ k² \::\: y·b(x)-a(x) = 0 \Bigr\},
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A = \Bigl\{ (x,y) ∈ k² \::\: y·b(x)-a(x) = 0 \Bigr\},
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\]
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\]
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@ -98,18 +97,18 @@ besser.
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ist eine algebraische Menge.
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ist eine algebraische Menge.
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\end{bsp}
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\end{bsp}
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\begin{bsp}[Elliptische Kurven]\label{bsp:ellipti}
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\begin{bsp}[Elliptische Kurven]\label{bsp:ellipti}%
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Öffnen Sie die
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Öffnen Sie die
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\href{https://cplx.vm.uni-freiburg.de/storage/software/ellipticcurve/wasm/ellipticcurve.html}{folgende
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\href{https://cplx.vm.uni-freiburg.de/storage/software/ellipticcurve/wasm/ellipticcurve.html}{folgende
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||||||
Seite} in Ihrem Web-Browser und spielen Sie mit dem Programm
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Seite} in Ihrem Webbrowser und spielen Sie mit dem Programm
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||||||
\href{https://kebekus.gitlab.io/ellipticcurve/de/}{Elliptic Curve Plotter}, um
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\href{https://kebekus.gitlab.io/ellipticcurve/de/}{Elliptic Curve Plotter}, um
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\href{https://de.wikipedia.org/wiki/Elliptische_Kurve}{elliptische
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\href{https://de.wikipedia.org/wiki/Elliptische_Kurve}{elliptische
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Kurven}\index{elliptische Kurve} im $ℝ²$ zu zeichnen. Diese Kurven spielen
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Kurven}\index{elliptische Kurve} im $ℝ²$ zu zeichnen. Diese Kurven spielen in
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in der Kryptografie eine wichtige Rolle. Sie verwenden elliptische Kurven
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der Kryptografie eine wichtige Rolle. Sie verwenden elliptische Kurven
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täglich, wenn Sie Daten im Internet übertragen.
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täglich, wenn Sie Daten im Internet übertragen.
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\end{bsp}
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\end{bsp}
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\begin{bsp}[Kubische Raumkurve]
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\begin{bsp}[Kubische Raumkurve]\label{bsp:crk}
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Die algebraische Menge
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Die algebraische Menge
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\[
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\[
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\Bigl\{ (x,y,z) ∈ ℝ³ \::\: y - x² = z-x³=0 \Bigr\}
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\Bigl\{ (x,y,z) ∈ ℝ³ \::\: y - x² = z-x³=0 \Bigr\}
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@ -121,11 +120,11 @@ besser.
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||||||
Schauen Sie sich auf
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Schauen Sie sich auf
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\href{https://cplx.vm.uni-freiburg.de/de/research-ag/}{meiner Web-Seite} die
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\href{https://cplx.vm.uni-freiburg.de/de/research-ag/}{meiner Web-Seite} die
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\href{https://en.wikipedia.org/wiki/Clebsch_surface}{Clebsche
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\href{https://en.wikipedia.org/wiki/Clebsch_surface}{Clebsche
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Diagonalfläche}\footnote{\href{https://de.wikipedia.org/wiki/Alfred_Clebsch}{Rudolf
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Diagonalfläche}\footnote{\href{https://de.wikipedia.org/wiki/Alfred_Clebsch}{Rudolf
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Friedrich Alfred Clebsch} (* 19. Januar 1833 in Königsberg; † 7. November
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Friedrich Alfred Clebsch} (* 19.~Januar 1833 in Königsberg; † 7.~November 1872
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||||||
1872 in Göttingen) war ein deutscher Mathematiker, der bedeutende Beiträge
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in Göttingen) war ein deutscher Mathematiker, der bedeutende Beiträge zur
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zur algebraischen Geometrie und zur Invariantentheorie leistete.} an, die
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algebraischen Geometrie und zur Invariantentheorie leistete.} an, die auch in
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auch in Abbildung~\ref{fig:cds} dargestellt ist.
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Abbildung~\ref{fig:cds} dargestellt ist.
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\end{bsp}
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\end{bsp}
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\begin{figure}
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\begin{figure}
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@ -164,8 +163,8 @@ besser.
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\begin{bsp}[Mechanik]
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\begin{bsp}[Mechanik]
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Betrachte einen banalen Roboter in der Ebene. Ein Arm der Länge 2 ist im
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Betrachte einen banalen Roboter in der Ebene. Ein Arm der Länge 2 ist im
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||||||
Ursprung befestigt. An dessen freiem Ende $(x,y)$ ist ein Arm mit Länge 1
|
Ursprung befestigt. An dessen freiem Ende $(x,y)$ ist ein Arm mit Länge 1
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||||||
befestigt. Dessen Ende sei im Punkt $(a,b)$. Die Menge der möglichen Zustände
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befestigt. Dessen Ende sei im Punkt $(a,b)$. Die Menge der möglichen
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des Roboters ist dann die algebraische Menge
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Zustände des Roboters ist dann die algebraische Menge
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\[
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\[
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\Bigl\{ (x,y,a,b) ∈ ℝ⁴ \::\: x² + y² -4 = (x-a)² + (y-b)² -1 = 0 \Bigr\}.
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\Bigl\{ (x,y,a,b) ∈ ℝ⁴ \::\: x² + y² -4 = (x-a)² + (y-b)² -1 = 0 \Bigr\}.
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\]
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\]
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||||||
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@ -175,29 +174,29 @@ besser.
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||||||
(mechanische Belastbarkeit der Gelenke, Kollisionsvermeidung, …). Bei
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(mechanische Belastbarkeit der Gelenke, Kollisionsvermeidung, …). Bei
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||||||
Robotern mit mehreren Gelenken wird dies sehr schnell zu einer gigantischen
|
Robotern mit mehreren Gelenken wird dies sehr schnell zu einer gigantischen
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||||||
Herausforderung! Für den allereinfachsten Fall googeln Sie mal nach den
|
Herausforderung! Für den allereinfachsten Fall googeln Sie mal nach den
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||||||
Worten ``Gelenkviereck'' und ``four-bar linkage''. Sie werden überrascht
|
Worten „Gelenkviereck“ und „\foreignlanguage{english}{four bar linkage}“. Sie
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||||||
sein, wie kompliziert die Kurven werden und wie kompliziert die Mathematik
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werden überrascht sein, wie kompliziert die Kurven werden und wie kompliziert
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wird.
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die Mathematik wird.
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\end{bsp}
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\end{bsp}
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\begin{bsp}[Design]
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\begin{bsp}[Design]
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||||||
Wenn Sie schon einmal mit einem Zeichenprogramm gearbeitet haben, kennen Sie
|
Wenn Sie schon einmal mit einem Zeichenprogramm gearbeitet haben, kennen Sie
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\emph{Bézier-Kurven}\index{Bézier-Kurve}. Gegeben seien Punkte
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\emph{Bézierkurven}\index{Bézierkurve}. Gegeben seien Punkte $p_0, …, p_n ∈
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$p_0, …, p_n ∈ ℝ²$. Das Ziel ist es, eine optisch schöne Kurve von $p_0$
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ℝ²$. Das Ziel ist es, eine optisch schöne Kurve von $p_0$ zu $p_n$ zu
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zu $p_n$ zu zeichnen, die die Punkte $p_1, …, p_{n-1}$ nicht unbedingt trifft,
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zeichnen, die die Punkte $p_1, …, p_{n-1}$ nicht unbedingt trifft, aber
|
||||||
aber zumindest in der Nähe dieser Punkte verläuft. Dazu konstruiert man
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zumindest in der Nähe dieser Punkte verläuft. Dazu konstruiert man
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Abbildungen $ℝ → ℝ²$,
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Abbildungen $ℝ → ℝ²$,
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\begin{align*}
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\begin{align*}
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||||||
B_{p_0, p_1}(t) & = (1-t)·p_0 + t·p_1\\
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B_{p_0, p_1}(t) & = (1-t)·p_0 + t·p_1\\
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||||||
\intertext{und dann weiter induktiv}
|
\intertext{und dann weiter induktiv}
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||||||
B_{p_0,…,p_k}(t) & = (1-t)·B_{p_0,…,p_{k-1}}(t) + t·B_{p_1,…,p_k}(t).
|
B_{p_0,…,p_k}(t) & = (1-t)·B_{p_0,…,p_{k-1}}(t) + t·B_{p_1,…,p_k}(t).
|
||||||
\end{align*}
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\end{align*}
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||||||
Die Bézier-Kurve ist dann die eingeschränkte Abbildung
|
Die Bézierkurve ist dann die eingeschränkte Abbildung
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||||||
\[
|
\[
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||||||
B_{p_0,…,p_n} : [0, 1] → ℝ².
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B_{p_0,…,p_n} : [0, 1] → ℝ².
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\]
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\]
|
||||||
Ich behaupte, dass die Bildmenge $B_{p_0,…,p_n}(ℝ)$ algebraisch ist!
|
Ich behaupte, dass die Bildmenge $B_{p_0,…,p_n}(ℝ)$ algebraisch ist! Sie
|
||||||
Sie finden Abbildungen und weiterführende Informationen auf
|
finden Abbildungen und weiterführende Informationen auf
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\href{https://de.wikipedia.org/wiki/B\%C3\%A9zierkurve}{Wikipedia}.
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\href{https://de.wikipedia.org/wiki/B\%C3\%A9zierkurve}{Wikipedia}.
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\end{bsp}
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\end{bsp}
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@ -217,9 +216,9 @@ Erbrechen. Beide Darstellungen haben Ihre Vor- und Nachteile:
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\end{itemize}
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\end{itemize}
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Die Existenz von Parametrisierungen ist vielleicht eine der ersten Fragen, die
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Die Existenz von Parametrisierungen ist vielleicht eine der ersten Fragen, die
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man bezüglich algebraischer Mengen stellen kann. Wir diskutieren
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man bezüglich algebraischer Mengen stellen kann. Wir diskutieren
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||||||
``Parametrisierungen durch rationale Funktionen'', wobei die rationalen
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„Parametrisierungen durch rationale Funktionen“, wobei die rationalen Funktionen
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Funktionen nicht überall definiert sein müssen. Die folgende Definition ist
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nicht überall definiert sein müssen. Die folgende Definition ist daher
|
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daher vielleicht ein wenig komplizierter als man erst einmal denkt.
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vielleicht ein wenig komplizierter als man erst einmal denkt.
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\begin{defn}[Rationale Parametrisierung]
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\begin{defn}[Rationale Parametrisierung]
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||||||
Es sei $k$ ein Körper und es sei $A⊆ k^n$ eine algebraische Menge. Eine
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Es sei $k$ ein Körper und es sei $A⊆ k^n$ eine algebraische Menge. Eine
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||||||
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@ -244,15 +243,16 @@ daher vielleicht ein wenig komplizierter als man erst einmal denkt.
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\end{bsp}
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\end{bsp}
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\begin{bsp}[Graphen]
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\begin{bsp}[Graphen]
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Graphen von rationalen Funktionen sind trivialerweise rational parametrisierbar.
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Graphen von rationalen Funktionen sind trivialerweise rational
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parametrisierbar.
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\end{bsp}
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\end{bsp}
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||||||
\begin{bsp}[Einheitskreis]\label{bsp:rpek}
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\begin{bsp}[Einheitskreis]\label{bsp:rpek}%
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||||||
Aus der Analysis-Vorlesung wissen wir, dass sich der Kreis durch
|
Aus der Analysis-Vorlesung wissen wir, dass sich der Kreis durch $α ↦ (\cos α,
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$α ↦ (\cos α, \sin α)$ parametrisieren lässt, aber diese Parametrisierung ist
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\sin α)$ parametrisieren lässt, aber diese Parametrisierung ist nicht sehr
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||||||
nicht sehr algebraisch. Hier ist eine andere Konstruktion: wir wissen schon,
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algebraisch. Hier ist eine andere Konstruktion: wir wissen schon, dass der
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||||||
dass der Punkt $(-1,0)$ auf dem Einheitskreis liegt. Gegeben eine Zahl $t$,
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Punkt $(-1,0)$ auf dem Einheitskreis liegt. Gegeben eine Zahl $t$, dann
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||||||
dann betrachten Sie die Gerade durch $(-1,0)$ mit Steigung $t$ --
|
betrachten Sie die Gerade durch $(-1,0)$ mit Steigung $t$ --
|
||||||
Abbildung~\ref{fig:rpk} zeigt den Fall $t = 0.8$. Diese Gerade schneidet den
|
Abbildung~\ref{fig:rpk} zeigt den Fall $t = 0.8$. Diese Gerade schneidet den
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||||||
Kreis in $(-1,0)$ und in einem weiteren Punkt $p_t$, der von $t$ abhängt.
|
Kreis in $(-1,0)$ und in einem weiteren Punkt $p_t$, der von $t$ abhängt.
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||||||
Rechnen Sie die Koordinaten von $p_t$ sofort aus und stellen Sie fest, dass
|
Rechnen Sie die Koordinaten von $p_t$ sofort aus und stellen Sie fest, dass
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||||||
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@ -262,14 +262,14 @@ daher vielleicht ein wenig komplizierter als man erst einmal denkt.
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||||||
φ : ℝ → E, \quad t ↦ \Bigl(\frac{1-t²}{1+t²}, \frac{2t}{1+t²}\Bigr).
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φ : ℝ → E, \quad t ↦ \Bigl(\frac{1-t²}{1+t²}, \frac{2t}{1+t²}\Bigr).
|
||||||
\]
|
\]
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||||||
Mit dieser Parametrisierung lässt sich die Frage beantworten, wie viele Punkte
|
Mit dieser Parametrisierung lässt sich die Frage beantworten, wie viele Punkte
|
||||||
des Einheitskreises rationale Koordinaten haben (``Wie viele \emph{rationale
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des Einheitskreises rationale Koordinaten haben („Wie viele \emph{rationale
|
||||||
Punkte} gibt es auf dem Einheitskreis?''). Überlegen Sie sich, dass
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Punkte} gibt es auf dem Einheitskreis?“). Überlegen Sie sich, dass $φ(t) ∈
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||||||
$φ(t) ∈ ℚ²$ genau dann gilt, wenn $t ∈ ℚ$ ist. Cool. Um zu sehen, wie cool
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ℚ²$ genau dann gilt, wenn $t ∈ ℚ$ ist. Cool. Um zu sehen, wie cool genau,
|
||||||
genau, erinnern Sie sich: ein
|
erinnern Sie sich: ein
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||||||
\href{https://de.wikipedia.org/wiki/Pythagoreisches_Tripel}{\emph{Pythagoreisches
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\href{https://de.wikipedia.org/wiki/Pythagoreisches_Tripel}{\emph{Pythagoreisches
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||||||
Tripel}}\index{Pythagoreisches Tripel} ist ein Tripel $(a,b,c) ∈ ℤ³$, so
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Tripel}}\index{Pythagoreisches Tripel} ist ein Tripel $(a,b,c) ∈ ℤ³$, sodass
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||||||
dass $a² + b² = c²$ ist. Pythagoreische Tripel diskutiert man schon etwas
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$a² + b² = c²$ ist. Pythagoreische Tripel diskutiert man schon etwas länger.
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länger. Wikipedia schreibt:
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Wikipedia schreibt:
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\begin{figure}
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\begin{figure}
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\centering
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\centering
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@ -284,7 +284,7 @@ daher vielleicht ein wenig komplizierter als man erst einmal denkt.
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\begin{quote}
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\begin{quote}
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||||||
Pythagoreische Tripel finden sich bereits auf babylonischen Tontafeln, die
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Pythagoreische Tripel finden sich bereits auf babylonischen Tontafeln, die
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in die Zeit der Hammurabi-Dynastie datiert werden (1829 bis 1530 v.~Chr.).
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in die Zeit der Hammurabi-Dynastie datiert werden (1829 bis 1530 v.~Chr.).
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||||||
Die Keilschrifttafel ``Plimpton 322'' enthält 15 verschiedene pythagoreische
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Die Keilschrifttafel „Plimpton 322“ enthält 15 verschiedene pythagoreische
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||||||
Tripel […], was darauf schließen lässt, dass bereits vor mehr als 3500
|
Tripel […], was darauf schließen lässt, dass bereits vor mehr als 3500
|
||||||
Jahren ein Verfahren zur Berechnung solcher Tripel bekannt war. Für Ägypten
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Jahren ein Verfahren zur Berechnung solcher Tripel bekannt war. Für Ägypten
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||||||
ist die explizite Erwähnung von pythagoreischen Tripeln […] aus einem
|
ist die explizite Erwähnung von pythagoreischen Tripeln […] aus einem
|
||||||
|
@ -300,18 +300,19 @@ daher vielleicht ein wenig komplizierter als man erst einmal denkt.
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||||||
\begin{bsp}[Elliptische Kurven]
|
\begin{bsp}[Elliptische Kurven]
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||||||
Man kann beweisen, dass es im Gegensatz zum Einheitskreis \emph{keine
|
Man kann beweisen, dass es im Gegensatz zum Einheitskreis \emph{keine
|
||||||
algebraische Parametrisierung einer elliptischen Kurve geben kann}! Das ist
|
algebraische Parametrisierung einer elliptischen Kurve geben kann}! Das ist
|
||||||
gut so. Die Kurven müssen auch kompliziert sein, sonst würde man sie in der
|
gut so. Elliptische Kurven müssen kompliziert sein, sonst würde man sie in
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||||||
Verschlüsselungstechnik nicht verwenden können.
|
der Verschlüsselungstechnik nicht verwenden können.
|
||||||
\end{bsp}
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\end{bsp}
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||||||
\begin{bsp}[Kubische Raumkurve]
|
\begin{bsp}[Kubische Raumkurve]
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Die kubische Raumkurve wird durch $t ↦ (t, t², t³)$ parametrisiert.
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In Beispiel~\ref{bsp:crk} hatten wir die kubische Raumkurve kennengelernt.
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Diese Kurve wird durch $t ↦ (t, t², t³)$ parametrisiert.
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\end{bsp}
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\end{bsp}
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||||||
\begin{bsp}[Clebsche Diagonalfläche]
|
\begin{bsp}[Clebsche Diagonalfläche]
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||||||
Die Clebsche Diagonalfläche kann rational parametrisiert werden, aber das ist
|
Die Clebsche Diagonalfläche kann rational parametrisiert werden, aber das ist
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||||||
vielleicht nicht sehr offensichtlich. Die Geometrie der 27 Geraden hilft
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vielleicht nicht sehr offensichtlich. Bei der Suche nach einer
|
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unheimlich!
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Parametrisierung hilft Geometrie der 27 Geraden unheimlich!
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\end{bsp}
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\end{bsp}
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\begin{bsp}[Bézier-Kurven]
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\begin{bsp}[Bézier-Kurven]
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@ -3,19 +3,7 @@
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%
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%
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% sideremark
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% sideremark
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\newcommand\sideremark[1]{\marginpar
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\newcommand\sideremark[1]{\marginpar{\tiny \textsf #1}}
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[
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\hskip .45in
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\begin{minipage}{1.25in}
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|
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\tiny \sf #1
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\end{minipage}
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||||||
]
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{
|
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\hskip -.075in
|
|
||||||
\begin{minipage}{1.25in}
|
|
||||||
\tiny \sf #1
|
|
||||||
\end{minipage}
|
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||||||
}}
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% questionSign
|
% questionSign
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\newcommand\questionSign[1]{\marginpar
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\newcommand\questionSign[1]{\marginpar
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@ -102,5 +90,5 @@
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%
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%
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% Macros to produce different text for different versions of the paper.
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% Macros to produce different text for different versions of the paper.
|
||||||
%
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%
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||||||
\newcommand{\Preprint}[1]{\marginpar{\color{blue}\tiny\sf Preprint only}\begin{color}{blue}#1\end{color}}
|
\newcommand{\Preprint}[1]{\marginpar{\color{blue}\tiny\textsf Preprint only}\begin{color}{blue}#1\end{color}}
|
||||||
\newcommand{\Publication}[1]{\marginpar{\color{teal}\tiny\sf Publication only}\begin{color}{teal}#1\end{color}}
|
\newcommand{\Publication}[1]{\marginpar{\color{teal}\tiny\textsf Publication only}\begin{color}{teal}#1\end{color}}
|
||||||
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