Mathematik

Meine Mathematik

 

"Wir Mathematiker sind die wahren Dichter, nur müssen wir das, was unsere Phantasie schafft, noch beweisen."

 

Dieser Leopold Kronecker zugeschriebene Ausspruch lässt einiges über die mathematische Fachkultur erahnen. Im Zentrum des mathematischen Arbeitens stehen die Beweise. Hier muss zur Richtigkeit einer Aussage exakt, zielorientiert, manchmal kleinteilig, aber immer rigoros argumentiert werden. Nicht nur der Prozess, interessante Strukturen oder Aussagen zu finden, fordert ein hohes Maß an analytischer Kreativität, sondern häufig auch die Ideensuche für Beweise und deren Durchführung. Gerade Studienanfänger verzweifeln oft an der immer vor neue Herausforderungen stellende Aufgabe der Beweisführung. Für das heutige Verständnis des Betreibens von Mathematik ist diese charakteristisch.

 

Mir persönlich macht einerseits das klassische strukturelle Arbeiten Spaß, andererseits auch ganz speziell das sinnvolle Verallgemeinern konkreter Situationen. Letzteres ist spannend und anspruchsvoll, da man über unterschiedliche Teilgebiete der Mathematik einen sehr guten Überblick braucht, um all diese Gebiete in die Verallgemeinerungsüberlegungen einbinden zu können. Schließlich sind mögliche Verallgemeinerungswege vielfältig, müssen jedoch wichtige Resultate erhalten. Dabei spielt es keine Rolle, ob die spezielle Struktur durch eine innermathematische Situation oder durch die Mathematisierung konkreter Anwendungssituationen gegeben ist. In jedem Fall erhält man neue Erkenntnisse über den echten Grund wesentlicher Zusammenhänge und Resultate.

Zentrale Interessensgebiete

Während meines Studiums habe ich viele unterschiedliche Fachrichtungen kennengelernt. Dazu gehörten zunächst tiefere Beschäftigungen mit Differentialgeometrie und Wahrscheinlichkeitstheorie, vor allem mit differenzierbaren Mannigfaltigkeiten und der Theorie stochastischer Prozesse. Schließlich fand ich im Spannungsfeld zwischen algebraischer Topologie, diskreter Mathematik und metrischer Geometrie die interessantesten Probleme und Beschäftigungsfelder.

Masterarbeit

In meiner Masterarbeit habe ich selbständig ein brandaktuelles Thema nach meinen Interessensgebieten bearbeitet. So habe ich in umfangreicher Arbeit diverse unterschiedliche Techniken und Teilgebiete der Mathematik benutzt. Hierfür habe ich mir unter anderem autodidaktisch wichtige Techniken der Kategorientheorie, der Artin-Rees-Theorie aus der kommutativen Algebra sowie der verallgemeinerten metrischen Räume angeeignet.

 

Der Ausgangspunkt der Überlegungen ist die topologische Persistenz. Dies ist eine Methode der algebraischen Topologie zur Untersuchung von Datenmengen, die nicht einmal mit numerischen oder stochastischen Hilfsmitteln ausreichend gut beschreibbar sind. Ein recht verbreiteter Vertreter der topologischen Persistenz ist die sogenannte persistente Homologie.

 

In der topologischen Persistenz kennzeichnen in der Regel algebraische Strukturen die topologischen Eigenschaften der Datenmenge. Dementsprechend ist der erste Schritt zur Verallgemeinerung die Konzentrierung auf die algebraische Ebene. Es bilden sich algebraische Persistenzmoduln, die geeignet klassifiziert werden.

 

Im Verallgemeinerungsschritt auf der rein algebraischen Ebene wurden bereits die topologischen Kennzeichen vernachlässigt. Es stellt sich heraus, dass auch die algebraische Ebene für zentrale Resultate nicht notwendig ist. Techniken der Kategorientheorie und aufwändigere Konstruktionen rücken in den Vordergrund und zeigen den allgemeinsten Charakter der Persistenz. Man erhält einen Funktor, der ausschließlich ordnungstheoretische Spezifizierungen besitzt. Somit ist der zentrale Charakter der (topologischen) Persistenz viel allgemeiner als ursprünglich erwartet.

 

Anwendungen finden sich vor allem in der Datenanalyse, zum Beispiel in der Gehirnforschung, aber auch im Verständnis der Lage jeder kompliziert angeordneten Datenwolke. Ganz praktisch lassen sich zum Beispiel Netzwerke großer Datenmengen entschlüsseln.

Seminarvorträge

Besonders viel Spaß macht mir eigenständiges Arbeiten - alleine wie auch in Teams.

 

Das hierfür zentrale Format für Mathematiker sind Seminarvorträge. Man stellt nach langer und detaillierter Vorbereitung ein Thema alleine oder in kleinen Teams einer fachkundigen Zuhörerschaft dar und beantwortet alle aufkommenden Fragen. In der Auswahl der Themen ist es häufig möglich, eigene Themenvorschläge einzubringen.

 

Ich habe die Möglichkeit zur Vielfältigkeit genutzt. Von wahrscheinlichkeits-theoretischen Zusammenhängen über diskrete, geometrische bis hin zu topologischen Themen konnte ich einen bunten Strauß Mathematik erschließen und darstellen. Insbesondere habe ich mich auch Strukturen gewidmet, die in klassischen Vorlesungsplänen eher eine untergeordnete Rolle spielen oder aus Zeitgründen nur kurz angesprochen werden, beispielsweise Knotentheorie.

 

Die sogenannte stochastische Vollständigkeit von Mannigfaltigkeiten ist ein Beispiel für ein Thema, das für ein Seminar während des Studiums eigentlich zu anspruchsvoll ist. Trotzdem habe ich die Herausforderung gesucht und gemeistert.

  • Persistente Homologie und ihre Anwendung in der Gehirnforschung
  • Haarmaße und topologische Maßtheorie
  • Stochastische Vollständigkeit von Mannigfaltigkeiten
  • Persistente Homotopie in der Knotentheorie
  • Wahrscheinlichkeit in Bäumen und Netzwerken
  • Diskrete elektrische Impedanztomographie
  • Irreduzible und aperiodische Markov-Ketten
  • Drei Dimensionen der Knotenfärbung in der Knotentheorie

 

Weitere Tätigkeiten und Schriften

 

Während meines Studiums habe ich viele Lehrtätigkeiten wahrgenommen.

So habe ich vier mal den Vorkurs Mathematik für Volkswirte tutoriert und zugleich jeweils als Mentor für die Studienanfänger fungiert. In dieser Zeit habe ich insbesondere freiwillig einen umfangreichen Aufgabenkatalog erstellt, den ich den Studenten, meinen Kollegen und dem Dozenten zur Verfügung gestellt habe.

Ferner habe ich zwei Semester lang Mathematik für Physiker tutoriert. Einige Teilnehmer meines Tutoriums hatten Nachfragen über den Stoff der Vorlesungen hinaus. Gerne habe ich diese aufgegriffen und einen kurzen Artikel geschrieben, der leicht verständlich erklärt, dass es unterschiedlich große Unendlichkeiten gibt. Für die besonders Interessierten unter den Studenten habe ich in diesem Artikel sogar beliebig viele unterschiedlich unendlich große Mengen konstruiert - natürlich auch so leicht verständlich wie möglich.

In einem Seminar über Mathematik in der Gesellschaft habe ich mich ferner mit Mathematik in der Kunst beschäftigt, Beispielwerke mathematisch analysiert und Rückschlussansätze zu mathematischer Forschung aufgezeigt.

 

  • Aufgabenkatalog für den Vorkurs Mathematik für Studienanfänger der Volkswirtschaftslehre
  • Der mengentheoretische Größenbegriff und die Konstruktion unendlich vieler unterschiedlich großer Unendlichkeitsbegriffe
  • Mathematische Konstruktionen in der konkreten Kunst und Rückschlussansätze für die mathematische Forschung

 

René CORBET

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