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authorAndreas Müller <andreas.mueller@ost.ch>2021-11-25 08:38:34 +0100
committerAndreas Müller <andreas.mueller@ost.ch>2021-11-25 08:38:34 +0100
commitb95aef80656a0d476fcc94f2e344fc349cb5f087 (patch)
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+++ b/buch/chapters/010-potenzen/Makefile.inc
@@ -5,4 +5,8 @@
#
CHAPTERFILES = $(CHAPTERFILES) \
+ chapters/010-potenzen/loesbarkeit.tex \
+ chapters/010-potenzen/polynome.tex \
+ chapters/010-potenzen/tschebyscheff.tex \
+ chapters/010-potenzen/potenzreihen.tex \
chapters/010-potenzen/chapter.tex
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index 9b8475c..666c426 100644
--- a/buch/chapters/010-potenzen/chapter.tex
+++ b/buch/chapters/010-potenzen/chapter.tex
@@ -11,6 +11,8 @@
\input{chapters/010-potenzen/polynome.tex}
\input{chapters/010-potenzen/loesbarkeit.tex}
+\input{chapters/010-potenzen/tschebyscheff.tex}
+\input{chapters/010-potenzen/potenzreihen.tex}
%\section*{Übungsaufgaben}
%\rhead{Übungsaufgaben}
diff --git a/buch/chapters/010-potenzen/polynome.tex b/buch/chapters/010-potenzen/polynome.tex
index 0c25b65..5821f97 100644
--- a/buch/chapters/010-potenzen/polynome.tex
+++ b/buch/chapters/010-potenzen/polynome.tex
@@ -7,4 +7,14 @@
\label{buch:potenzen:section:polynome}}
\rhead{Polynome}
+\subsection{Faktorisierung und Nullstellen}
+% wird später gebraucht um bei der Definition der hypergeometrischen Reihe
+% die Zaehler- und Nenner-Polynome als Pochhammer-Symbole zu entwickeln
+
+\subsection{Koeffizienten-Vergleich}
+% Wird gebraucht für die Potenzreihen-Methode
+% Muss später ausgedehnt werden auf Potenzreihen
+
+\subsection{Polynom-Berechnung}
+% Effiziente Berechnung von Polynomen ist zentral für die Numerik
diff --git a/buch/chapters/010-potenzen/potenzreihen.tex b/buch/chapters/010-potenzen/potenzreihen.tex
new file mode 100644
index 0000000..7fe03eb
--- /dev/null
+++ b/buch/chapters/010-potenzen/potenzreihen.tex
@@ -0,0 +1,16 @@
+%
+% potenzreihen.tex
+%
+% (c) 2021 Prof Dr Andreas Müller, OST Ostschweizer Fachhochschule
+%
+\section{Potenzreihen
+\label{buch:potenzen:section:potenzreihen}}
+
+\subsection{Definition
+\label{buch:potenzen:potenzreihen:section:definition}}
+
+\subsection{Konvergenzkriterien
+\label{buch:potenzen:potenzreihen:section:konvergenzkriterien}}
+
+\subsection{Die geometrische Reihe
+\label{buch:potenzen:potenzreihen:section:geometrische}}
diff --git a/buch/chapters/010-potenzen/tschebyscheff.tex b/buch/chapters/010-potenzen/tschebyscheff.tex
new file mode 100644
index 0000000..be78967
--- /dev/null
+++ b/buch/chapters/010-potenzen/tschebyscheff.tex
@@ -0,0 +1,17 @@
+%
+% tschebyscheff.tex
+%
+% (c) 2021 Prof Dr Andreas Müller
+%
+\section{Die Tschebyscheff-Polynome
+\label{buch:polynome:section:tschebyscheff}}
+Die Tschbeyscheff-Polynome sind ein Beispiel einer nützlichen Familie
+von Polynomen, die wegen ihrer Anwendbarkeit durchaus den Rang von
+speziellen Funktionen im weiteren Sinne verdienen.
+Sie ermöglichen, Interpolationspolynome mit besonders guten
+Fehlereigenschaften zu finden, haben aber auch andere Anwendungen
+zum Beispiel beim Design von Filtern in der Elektronik.
+
+\subsection{Motivation}
+\subsection{Rekursionsbeziehung}
+\subsection{Anwendung: Interpolation}
diff --git a/buch/chapters/050-differential/beispiele.tex b/buch/chapters/050-differential/beispiele.tex
index 1182e7c..c0a57d8 100644
--- a/buch/chapters/050-differential/beispiele.tex
+++ b/buch/chapters/050-differential/beispiele.tex
@@ -6,12 +6,107 @@
\section{Beispiele
\label{buch:differentialgleichungen:section:beispiele}}
\rhead{Beispiele}
+Viele der bisher betrachteten speziellen Funktionen können
+durch gewöhnliche Differentialgleichungen charakterisiert werden,
+als deren Lösungen sie auftreten.
-\subsection{Exponentialfunktion
+\subsection{Potenzen und Wurzeln
+\label{buch:differentialgleichungen:subsection:potenzen-und-wurzeln}}
+Die Potenzfunktionen und die zugehörigen Wurzeln als die ältesten
+speziellen Funktionen bieten bereits eine erste kleine Schwierigkeit.
+Die Differentialgleichung, die man aus einem naiven Ansatz ableitet,
+ist singulär.
+
+\subsubsection{Differentialgleichung in $(0,\infty)$}
+Die Ableitung einer Potenzfunktion $x\mapsto y(x)=x^\alpha$ ist
+\[
+y'(x) =
+\begin{cases}
+\alpha x^{\alpha-1} &\qquad \alpha\ne -1\\
+\log x&\qquad\text{sonst}
+\end{cases}
+\]
+Im Folgenden wollen wir uns auf den Fall $\alpha\ne -1$ konzentrieren.
+Die Ableitungsoperation läuft in diesem Fall darauf hinaus, dass der
+Grad um $1$ reduziert wird.
+Dies könnte man mit einem Faktor $x$ komponsieren.
+Wir fragen daher nach der allgmeinen Lösung der linearen
+Differentialgleichung der Form
+\begin{equation}
+xy' = \alpha y.
+\label{buch:differentialgleichungen:eqn:wurzeldgl}
+\end{equation}
+Diese Gleichung ist separierbar, die Separation von $x$ und $y$ liefert
+die Integrale
+\[
+\int \frac{dy}{y} = \alpha \int \frac{dx}{x} + C.
+\]
+Die Durchführunge der Integration liefert
+\[
+\log |y| = \alpha \log|x| + C.
+\]
+Wendet man die Exponentialfunktion an, erhält man wieder
+\[
+y = Dx^\alpha,\quad D=\exp C.
+\]
+
+Die Differentialgleichung~\eqref{buch:differentialgleichungen:eqn:wurzeldgl}
+hat aber eine schwerwiegenden Mangel.
+Ihre explizite Form lautet
+\begin{equation}
+y' = \frac{\alpha}{x}\cdot y.
+\label{buch:differentialgleichungen:eqn:wurzelsing}
+\end{equation}
+Dies ist zwar durchaus eine lineare Differentialgleichung erster Ordnung,
+aber der Koeffiziente $\alpha/x$ wächst für $x\to 0$ über alle Grenzen.
+Man kann daher den Wert der Potenzfunktion im Nullpunkt gar nicht aus der
+Differentialgleichung erhalten, es ist dazu mindestens noch ein Grenzübergang
+$x\to 0+$ nötig.
+
+\subsubsection{Differentialgleichung in der Nähe von $x=1$}
+Um dem Problem des singulären Koeffizienten der
+Differentialgleichung~\eqref{buch:differentialgleichungen:eqn:wurzelsing}
+aus dem Weg zu gehen, verwenden wir die Variable $t$ mit $x=1+t$ und
+versuchen eine Differentialgleichung für die Potenzfunktion
+$(1+t)^\alpha$ zu finden.
+Es gilt natürlich
+\begin{equation}
+\frac{d}{dt} (1+t)^\alpha
+=
+\alpha (1+t)^{\alpha-1}
+\qquad\Rightarrow\qquad
+(1+t) \dot{y} = \alpha y.
+\label{buch:differentialgleichungen:eqn:wurzeldgl1}
+\end{equation}
+Diese Differentialgleichung kann natürlich auch wieder mit Separation
+gelöst werden, es ist
+\begin{equation}
+\int
+\frac{dy}{y}
+=
+\alpha
+\int
+\frac{dt}{1+t}
++
+C
+\qquad\Rightarrow\qquad
+\log|y| = \alpha \log|1+t| + C
+\label{buch:differentialgleichungen:eqn:wurzeldgl1loesung}
+\end{equation}
+und daraus die Potenzfunktion
+\[
+y=D(1+t)^\alpha
+\]
+wie vorhin.
+Der Vorteil der
+Form~\eqref{buch:differentialgleichungen:eqn:wurzeldgl1}
+wird sich später bei dem Versuch zeigen, die Fuktion $y(t)$
+direkt als Potenzreihenlösung der Differentialgleichung zu finden.
+
+
+\subsection{Exponentialfunktion und ihre Varianten
\label{buch:differentialgleichungen:subsection:exponentialfunktion}}
-\subsection{Trigonometrische Funktionen
-\label{buch:differentialgleichungen:subsection:trigonometrisch}}
+\subsubsection{Lineare Differentialgleichung erster Ordnung mit konstanten Koeffizienten}
-\subsection{Hyperbelfunktionen
-\label{buch:differentialgleichungen:subsection:hyperbelfunktionen}}
+\subsubsection{Lineare Differentialgleichungen zweiter Ordnung mit konstanten Koeffizienten}
diff --git a/buch/chapters/050-differential/chapter.tex b/buch/chapters/050-differential/chapter.tex
index 1cfc1dd..f8b0dc3 100644
--- a/buch/chapters/050-differential/chapter.tex
+++ b/buch/chapters/050-differential/chapter.tex
@@ -9,6 +9,55 @@
\label{buch:chapter:differential}}
\lhead{Differentialgleichungen}
\rhead{}
+Allgemeine Sätze über die Existenz und Eindeutigkeit der Lösungen
+gewöhnlicher Differentialgleichungen garantieren für fast jeder
+einigermassen vernünftige Gleichung mindestens für kurze Zeit
+eine eindeutige Lösung für fast jede Anfangsbedingung.
+Die Konstruktion solcher Lösungen stellt sich jedoch als deutlich
+schwieriger heraus.
+
+Für einzelne Kategorien von Differentialgleichungen sind
+gut funktionierende Lösungsverfahren gefunden worden, zum Beispiel
+für lineare Differentialgleichungen mit konstanten Koeffizienten.
+Damit konnten auch Gleichungen gelöst werden, die sich zum Beispiel
+durch eine Variablentransformation auf eine lineare Differentialgleichung
+mit konstanten Koeffizienten reduzieren lassen, wie die Eulersche
+Differentialgleichung.
+
+Die Methode der Separation der Variablen liefert führt die Lösung
+einer Differentialgleichung erster Ordnung auf die Bestimmung
+zweier Stammfunktionen und deren Invertierung zurück.
+Dieses Verfahren ist jedoch nicht auf Vektordifferentialgleichungen
+oder auf Differentialgleichungen höherer Ordnung verallgemeinerungsfähig.
+
+Daneben gibt es eine Reihe von ``Spezialfällen'' wie die
+Clairaut-Differentialgleichung oder die damit verwandte
+Lagrangesche Differentialgleichung, deren Lösung eine sehr
+spezielle Form haben.
+
+Sehr viele Differentialgleichungen in den Anwendungen können aber
+mit keinem der genannten Verfahren gelöst werden.
+Hier bleibt nichts anderes übrig, als neue spezielle Funktionen
+zu definieren, die Lösungen dieser Differentialgleichungen sind.
+Dabei ist man bestrebt, möglichst universell einsetzbare Funktionen
+zu definieren, die ein breites Anwendungsfeld haben.
+
+In den folgenden Abschnitten wird zunächst gezeigt, dass viele
+der bereits bekannten speziellen Funktionen ebenfalls als Lösungen
+gewöhnlicher Differentialgleichungen erhalten werden können.
+Die numerische Lösung gewöhnlicher Differentialgleichungen ist
+oft keine effizientes Vorgehen zur Bestimmung von einzelnen Werten,
+daher wird in
+Abschnitt~\ref{buch:differentialgleichungen:section:potenzreihenmethode}
+eine universelle Methode vorgestellt, mit der eine Potenzreihenentwicklung
+gefunden werden kann.
+Eine Potenzreihendarstellung ermöglicht nicht nur die Berechnung
+einzelner Werte, sondern auch beliebiger Ableitungen und die
+analytische Untersuchung der Funktion mit den Methoden der
+komplexen Analysis.
+Als Beispiel für dieses Verfahren werden in
+Abschnitt~\ref{buch:differntialgleichungen:section:bessel}
+die Bessel-Funktionen erster Art vorgestellt.
\input{chapters/050-differential/beispiele.tex}
\input{chapters/050-differential/potenzreihenmethode.tex}
diff --git a/buch/chapters/050-differential/potenzreihenmethode.tex b/buch/chapters/050-differential/potenzreihenmethode.tex
index feafacb..6d30129 100644
--- a/buch/chapters/050-differential/potenzreihenmethode.tex
+++ b/buch/chapters/050-differential/potenzreihenmethode.tex
@@ -5,4 +5,237 @@
%
\section{Potenzreihenmethode
\label{buch:differentialgleichungen:section:potenzreihenmethode}}
+Die Potenzreihenmethode versucht die Lösung einer gewöhnlichen
+Differentialgleichung als Potenzreihe um die Anfangsbedingung zu
+entwickeln.
+Wir gehen in diesem Abschnitt von einer Differentialgleichung der
+Form
+\begin{equation}
+a_n(x)y^{(n)}(x)
++
+a_{n-1}(x)y^{(n-1)}(x)
++
+\dots
++
+a_1(x)y'(x)
++
+a_0(x)y(x)
+=
+f(x)
+\label{buch:differentialgleichungen:eqn:potenzreihendgl}
+\end{equation}
+mit der Randbedingung $y(0)=y_0$ aus.
+Schon im einfachsten Fall einer homogenen Differentialgleichung erster
+Ordnung ergibt sich die Beziehung
+\[
+a_1(x) y'(x) = a_0(x)y(x),
+\]
+wobei wir uns $y(x)$ und damit auch $y'(x)$ als Potenzreihe vorstellen.
+Insbesondere ist
+\[
+\frac{a_1(x)}{a_0(x)} = \frac{y(x)}{y'(x)}
+\]
+ein Quotient von Potenzreihen, den man natürlich wieder als
+Potenzreihe schreiben kann.
+Da es nur auf den Quotienten ankommt, kann man sich auf den Fall
+beschränken, dass die Koeffizienten Potenzreihen sind.
+Tatsächlich gilt der folgende sehr viel allgemeinere Satz von
+Cauchy und Kowalevskaja:
+
+\begin{satz}[Cauchy-Kowalevskaja]
+Eine partielle Differentialgleichung der Ordnung $k$ für eine
+Funktion $u(x_1,\dots,x_n,t)=u(x,t)$
+in expliziter Form
+\[
+\frac{\partial^k}{\partial t^k}
+=
+G\biggl(x,t,
+\frac{\partial^j\partial^\alpha}{\partial t^j\,\partial x^k}
+\biggr)
+\quad\text{mit $j<k$ und $|\alpha|+j\le k$}
+\]
+mit einer Funktion $G$, die analytisch ist in allen Variablen
+und der Randbedingung
+\[
+\frac{\partial j}{\partial t^j}u(x,0) = \varphi_j(x)\quad\text{für $k=0,\dots,k-1$}
+\]
+mit analytischen Funktion $\varphi_j$ hat eine in einer Umgebung von
+$t=0$ eindeutige analytische Lösung.
+\end{satz}
+
+Im folgenden werden wir daher weitere einschränkende Annahmen über
+die Koeffizienten $a_k(x)$ machen.
+
+\subsection{Potenzreihenansatz und Koeffizientenvergleich}
+
+
+
+\subsection{Die Newtonsche Reihe}
+Wir lösen die
+Differentialgleichung~\eqref{buch:differentialgleichungen:eqn:wurzeldgl1}
+mit der Anfangsbedingung $y(t)=1$ mit der Potenzreihenmethode.
+Wir setzen daher für die Lösung die Potenzreihe an
+\[
+y(t)
+=
+a_0 + a_1t + a_2t^2 + a_3t^3 + \dots + a_kt^k + \dots
+\]
+Die Ableitung ist
+\[
+\dot{y}(t)
+=
+a_1 + 2a_2t + 3a_3t^2 + \dots + ka_kt^{k-1} + \dots
+\]
+Einsetzen in die
+Differentialgleichung~\eqref{buch:differentialgleichungen:eqn:wurzeldgl1}
+liefert
+\begin{align*}
+(1+t)
+(
+a_1 + 2a_2t + 3a_3t^2 + \dots + ka_kt^{k-1} + \dots
+)
+&=
+\alpha
+(
+a_0 + a_1t + a_2t^2 + a_3t^3 + \dots + a_kt^k + \dots
+)
+\\
+a_1
++(a_1+2a_2)t
++(2a_2+3a_3)t^2
++(3a_3+4a_4)t^3
++\dots
+&=
+\alpha a_0 + \alpha a_1t + \alpha a_2t^2 + \alpha a_3t^3 + \dots
+\end{align*}
+Der Koeffizientenvergleich ergbiet die Gleichungen
+\begin{align}
+a_1&=\alpha a_0
+\notag
+\\
+a_1+2a_2 &= \alpha a_1 &&\Rightarrow& 2a_2 &= (\alpha-1) a_1
+\notag
+\\
+2a_2+3a_3 &= \alpha a_2&&\Rightarrow& 3a_3 &= (\alpha-2) a_2
+\notag
+\\
+3a_3+4a_4 &= \alpha a_3&&\Rightarrow& 4a_4 &= (\alpha-3) a_3
+\notag
+\\
+4a_4+5a_5 &= \alpha a_4&&\Rightarrow& 5a_5 &= (\alpha-4) a_4
+\notag
+\\
+&\vdots
+\notag
+\\
+&&&& \llap{$(k+1)a_{k+1}$} &= (\alpha-k) a_k
+&&\Rightarrow&
+a_{k+1} = \frac{\alpha-k}{k+1}a_k.
+\label{buch:differentialgleichungen:eqn:newtonreiherekursion}
+\end{align}
+Die
+Rekursionsformel~\eqref{buch:differentialgleichungen:eqn:newtonreiherekursion}
+gilt auch im Fall $k=0$.
+Aus der Anfangsbedingung folgt $a_0=1$.
+Durch wiederholte Anwendung der
+Rekursionsformel~\eqref{buch:differentialgleichungen:eqn:newtonreiherekursion}
+erhalten wir jetzt die Koeffizienten
+\begin{align*}
+a_0&=1
+\\
+a_1&=\alpha
+\\
+a_2&=\frac{\alpha(\alpha-1)}{1\cdot 2}
+\\
+a_3&=\frac{\alpha(\alpha-1)(\alpha-2)}{1\cdot 2\cdot 3}
+\\
+a_4&=\frac{\alpha(\alpha-1)(\alpha-2)(\alpha-3)}{1\cdot 2\cdot 3\cdot 4}
+\\
+&\;\vdots
+\\
+a_k&=\frac{\alpha(\alpha-1)(\alpha-2)\dots(\alpha-k+1)}{k!}.
+\end{align*}
+Für ganzzahliges $\alpha$ ist $a_k$ der Binomialkoeffizient
+\[
+a_k=\binom{\alpha}{k}
+\]
+und $a_k=0$ für $k>\alpha$.
+Für nicht ganzzahliges $\alpha$ sind alle Koeffizienten $a_k\ne 0$.
+
+Die Lösung der
+Differentialgleichung~\eqref{buch:differentialgleichungen:eqn:wurzeldgl1}
+ist daher die Reihe
+\begin{equation}
+(1+t)^\alpha
+=
+\sum_{k=0}^\infty
+\frac{\alpha(\alpha-1)\dots(\alpha-k+1)}{k!}\, t^k.
+\label{buch:differentialgleichungen:eqn:newtonreihe}
+\end{equation}
+Für ganzzahliges $\alpha$ wird daraus die binomische Formel
+\[
+(1+t)^\alpha
+=
+\sum_{k=0}^\infty
+\frac{\alpha(\alpha-1)\dots(\alpha-k+1)}{k!}\, t^k
+=
+\sum_{k=0}^\alpha \binom{\alpha}{k} t^k.
+\]
+
+%
+% Lösung als hypergeometrische Riehe
+%
+\subsubsection{Lösung als hypergeometrische Funktion}
+Die Newtonreihe verwendet ein absteigendes Produkt im Zähler.
+Man kann sie aber in eine Form bringen, die besser zu den aufsteigenden
+Produkten bringen, die wir im Zusammenhang mit der Gamma-Funktion
+angetroffen und als Pochhammer-Symbole formalisiert haben.
+
+Eine hypergeometrische Funktion zeichnet sich dadurch aus, dass
+die Quotienten aufeinanderfolgender Koeffizienten der Reihe rationale
+Funktionen von $k$ sind.
+Der Quotient ist
+nach~\eqref{buch:differentialgleichungen:eqn:newtonreiherekursion}
+\[
+\frac{a_{k+1}}{a_k}
+=
+\frac{\alpha-k}{k+1}.
+\]
+Der Nenner wird nie $0$, aber das Zählerpolynom hat genau die Nullstelle
+$-\alpha$.
+Die Newtonsche Reihe muss sich daher als Wert der hypergeometrischen
+Funktion $\mathstrut_1F_0$ schreiben lassen.
+
+Das Produkt im Zähler von $a_k$ hat $k$ Faktoren, indem wir jeden Faktor
+mit $-1$ multiplizieren, erhalten wir
+\begin{align*}
+\alpha(\alpha-1)(\alpha-2)\dots(\alpha-k+1)
+&=
+(-\alpha)(-\alpha+1)(-\alpha+2)\dots(-\alpha+k-1) (-1)^k
+\\
+&=
+(-\alpha)_k (-1)^k.
+\end{align*}
+Indem wir den Faktor $-1$ in der Variablen absorbieren, erhalten
+wir die Darstellung
+\[
+(1+t)^\alpha
+=
+\sum_{k=0}^\infty
+(-\alpha)_k\frac{(-t)^k}{k!}.
+\]
+Damit haben wir den folgenden Satz gezeigt.
+
+\begin{satz}
+Die Newtonsche Reihe für $(1-t)^\alpha$ ist der Wert
+\[
+(1-t)^\alpha
+=
+\sum_{k=0}^\infty (-\alpha)_k \frac{t^k}{k!}
+=
+\mathstrut_1F_0(-\alpha;t)
+\]
+der hypergeometrischen Funktion $\mathstrut_1F_0$.
+\end{satz}
+
diff --git a/buch/chapters/060-integral/Makefile.inc b/buch/chapters/060-integral/Makefile.inc
index c2d50a7..1485e40 100644
--- a/buch/chapters/060-integral/Makefile.inc
+++ b/buch/chapters/060-integral/Makefile.inc
@@ -8,4 +8,5 @@ CHAPTERFILES = $(CHAPTERFILES) \
chapters/060-integral/fehlerfunktion.tex \
chapters/060-integral/differentialkoerper.tex \
chapters/060-integral/risch.tex \
+ chapters/060-integral/orthogonal.tex \
chapters/060-integral/chapter.tex
diff --git a/buch/chapters/060-integral/chapter.tex b/buch/chapters/060-integral/chapter.tex
index 786f388..ced3ab2 100644
--- a/buch/chapters/060-integral/chapter.tex
+++ b/buch/chapters/060-integral/chapter.tex
@@ -42,6 +42,7 @@ gibt darauf eine Antwort.
\input{chapters/060-integral/fehlerfunktion.tex}
\input{chapters/060-integral/differentialkoerper.tex}
\input{chapters/060-integral/risch.tex}
+\input{chapters/060-integral/orthogonal.tex}
\section*{Übungsaufgaben}
\rhead{Übungsaufgaben}
diff --git a/buch/chapters/060-integral/orthogonal.tex b/buch/chapters/060-integral/orthogonal.tex
new file mode 100644
index 0000000..6300e26
--- /dev/null
+++ b/buch/chapters/060-integral/orthogonal.tex
@@ -0,0 +1,25 @@
+%
+% orthogonal.tex
+%
+% (c) 2021 Prof Dr Andreas Müller, OST Ostschweizer Fachhochschule
+%
+\section{Orthogonale Polynome
+\label{buch:integral:section:orthogonale-polynome}}
+Die Fourier-Theorie basiert auf der Idee, Funktionen durch
+Funktionenreihen mit Summanden zu bilden, die im Sinne eines
+Skalarproduktes orthogonal sind, welches mit Hilfe eines Integrals
+definiert sind.
+Solche Funktionenfamilien treten jedoch auch als Lösungen von
+Differentialgleichungen.
+Besonders interessant wird die Situation, wenn die Funktionen
+Polynome sind.
+
+\subsection{Skalarprodukt}
+\subsection{Definition}
+\subsection{Orthogonale Polynome und Differentialgleichungen}
+\subsubsection{Legendre-Differentialgleichung}
+\subsubsection{Legendre-Polyome}
+\subsubsection{Legendre-Funktionen zweiter Art}
+Siehe Wikipedia-Artikel \url{https://de.wikipedia.org/wiki/Legendre-Polynom}
+\subsection{Anwendung: Gauss-Quadratur}
+