Kombinatorische Optimierung erleben / Mathematik erleben (PDF)
In Studium und Unterricht
Kombinatorische Optimierung ist allgegenwärtig: Ob Sie elektronische Geräte oder Auto-Navigationssysteme verwenden, den Mobilfunk nutzen, den Müll von der Müllabfuhr abholen lassen oder die Produkte einer effizient arbeitenden Landwirtschaft konsumieren,...
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Produktinformationen zu „Kombinatorische Optimierung erleben / Mathematik erleben (PDF)“
Kombinatorische Optimierung ist allgegenwärtig: Ob Sie elektronische Geräte oder Auto-Navigationssysteme verwenden, den Mobilfunk nutzen, den Müll von der Müllabfuhr abholen lassen oder die Produkte einer effizient arbeitenden Landwirtschaft konsumieren, immer steckt auch Mathematik dahinter. Dieses Buch gibt eine Einführung in die wichtigsten Themen der kombinatorischen Optimierung. Alle diese Themen werden problemorientiert aufbereitet und mit Blick auf die Verwendung im Mathematikunterricht vorgestellt. So wird Lehrerinnen und Lehrern, Studierenden im Grundstudium und anderen Interessierten der Zugang zu einem angewandten Gebiet der modernen Mathematik ermöglicht, das sich an vielen Stellen im Alltag wiederfindet.
Die Autoren zeigen in diesem Lehr-, Lern- und Arbeitsbuch, wie Mathematik zum Erlebnis werden kann, in Schule, Studium oder Selbststudium.
Die Autoren zeigen in diesem Lehr-, Lern- und Arbeitsbuch, wie Mathematik zum Erlebnis werden kann, in Schule, Studium oder Selbststudium.
Lese-Probe zu „Kombinatorische Optimierung erleben / Mathematik erleben (PDF)“
8 Wie viel passt noch in die Leitung? Flüsse und Netzwerke (S. 233-234) Stephan Hußmann
1 Von Flüssen und Gewinnchancen
Wie schnell fließt der Verkehr? Wann entsteht ein Stau? Wie viel Wasser lässt sich von einem Wasserwerk zu einem Aufbereitungsbecken befördern? Wie viel Strom passt durch die Leitung? Dies sind alles Fragestellungen, die sich darum drehen, wie man eine bestimmte Menge Flüssigkeit oder Gegenstände von einem Standort optimal zu einem Zielort befördern kann. Dabei steht einem meistens nicht nur ein Transportweg zur Verfügung, sondern ein Netzwerk aus verschiedenen Wegen.
Diese Fragen rund um Netzwerke und Flüsse nehmen in der kombinatorischen Optimierung eine zentrale Rolle ein. Dies liegt nicht allein an der Vielzahl von interessanten praktischen Anwendungen, sondern auch daran, dass die Methoden zur Lösung dieser Probleme ebenfalls zur Lösung scheinbar nicht verwandter Fragestellungen verwendet werden können.
Das erste der beiden Probleme (beide sind eng angelehnt an Altenhoven (2005)) ist ein typisches Problem im Bereich dieses Themenkreises, während an der zweiten Problemsituation die Übertragung der Methoden bzw. die entsprechende Modellierung der Situation sichtbar wird. Insofern bietet es sich an, die Bearbeitung mit dem ersten Problem zu beginnen. Beide Probleme sind so gestellt, dass sie die Generierung eigener Fragestellungen initiieren. Es lassen sich somit auch keine explizit formulierten Fragestellungen finden.
Formulieren Sie zu den Problemsituationen eigene Fragestellungen, die Sie zur Grundlage Ihrer Auseinandersetzung mit den Problemen machen. Problem 1 Energietransport Der Offshore-Windpark »Borkum-West« stellt laut einer Aussage seiner Betreiber- Gesellschaft PROKON Nord GmbH mit insgesamt 208 Windenergieanlagen durchschnittlich 1000MW an Leistung zur Verfügung. Der Verbrauch in den Haushalten variiert jedoch sehr stark. Insbesondere nachts wird deutlich weniger Energie
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benötigt als tagsüber. Um die nachts bereitgestellte Energie optimal zu nutzen, soll die Energie im Pumpspeicherkraftwerk in Happurg bei Nürnberg gespeichert werden.
Solche Pumpspeicherkraftwerke befinden sich in höher gelegenen Gebieten. Nachts wird Wasser quasi als Energiespeicher aus einem Staubecken in ein höher gelegenes Oberbecken gepumpt. Wird in Spitzenlastzeiten (mittags) kurzfristig sehr viel Energie benötigt, wird das gesammelte Wasser im Oberbecken durch zwischengelagerte Turbinen wieder ins Unterbecken abgelassen. Die durch die Turbinen erzeugte Energie wird dabei sofort wieder in das deutsche Verbundnetz eingespeist.
Die PROKON Nord GmbH möchte wissen, wie viel Energie maximal nach Happurg transportiert werden kann, um das Wasser in ein höher gelegene Staubecken zu pumpen. Die Energie wird über das deutsche Verbundnetz (vgl. Abbildung 2) von Borkum nach Happurg übertragen. Der PROKON Nord GmbH ist bekannt, dass die in Happurg zu lagernde Leistung von der »engsten Stelle« im deutschen Verbundsnetz abhängt. Abbildung 3 zeigt in einem Ausschnitt des deutschen Verbundnetzes zwischen Köln als Bereitsteller von Leistung und Schweinfurt als Zielort der zur Verfügung gestellten Leistung die zu einer »engsten Stelle« gehörigen Leitungen (schwarz gekennzeichnet).
Solche Pumpspeicherkraftwerke befinden sich in höher gelegenen Gebieten. Nachts wird Wasser quasi als Energiespeicher aus einem Staubecken in ein höher gelegenes Oberbecken gepumpt. Wird in Spitzenlastzeiten (mittags) kurzfristig sehr viel Energie benötigt, wird das gesammelte Wasser im Oberbecken durch zwischengelagerte Turbinen wieder ins Unterbecken abgelassen. Die durch die Turbinen erzeugte Energie wird dabei sofort wieder in das deutsche Verbundnetz eingespeist.
Die PROKON Nord GmbH möchte wissen, wie viel Energie maximal nach Happurg transportiert werden kann, um das Wasser in ein höher gelegene Staubecken zu pumpen. Die Energie wird über das deutsche Verbundnetz (vgl. Abbildung 2) von Borkum nach Happurg übertragen. Der PROKON Nord GmbH ist bekannt, dass die in Happurg zu lagernde Leistung von der »engsten Stelle« im deutschen Verbundsnetz abhängt. Abbildung 3 zeigt in einem Ausschnitt des deutschen Verbundnetzes zwischen Köln als Bereitsteller von Leistung und Schweinfurt als Zielort der zur Verfügung gestellten Leistung die zu einer »engsten Stelle« gehörigen Leitungen (schwarz gekennzeichnet).
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Autoren-Porträt
Ein Team von Mathematikern und Mathematikdidaktikern mit Erfahrung in Schule, Praxis und LehrerfortbildungProf. Dr. Stephan Hußmann, Universität Dortmund
Prof. Dr. Brigitte Lutz-Westphal, FU Berlin
Prof. Dr. Andreas Brieden, Universität der Bundeswehr München
Prof. Dr. Peter Gritzmann, TU München
Prof. Dr. Martin Grötschel, TU Berlin, Zuse-Institut Berlin, MATHEON
Prof. Dr. Timo Leuders, PH Freiburg
Bibliographische Angaben
- 2007, 2007, 312 Seiten, Deutsch
- Herausgegeben: Stephan Hußmann, Brigitte Lutz-Westphal
- Verlag: Vieweg+Teubner Verlag
- ISBN-10: 3834891207
- ISBN-13: 9783834891204
- Erscheinungsdatum: 07.09.2007
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eBook Informationen
- Dateiformat: PDF
- Größe: 5.26 MB
- Ohne Kopierschutz
- Vorlesefunktion
Pressezitat
"Mit diesem Buch liegt nun eine Grundlage für einen didaktisch fundierten Unterricht mit diskreter Mathematik, wie er in manchen Lehrplänen bereits vorgesehen ist, vor. Man merkt, dass der Aufbau nicht nur theoriegesteuert ist – die Leserin und der Leser dürfen an der Lehr-Erfahrung teilhaben, die hinter diesem Buch versammelt ist. Empfehlenswert!“mathematiklehren, 08/2007
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