25.09.2008

Wissenschaftliche Software

Themen-Special: Mathematik, Visualisierung, Naturwissenschaften

Wissenschaftliche Programme formen Gleichungen um, erstellen Diagramme oder Modelle und simulieren Systeme unter beliebig veränderten Bedingungen. Man kann mit ihnen besser nachschlagen als in Büchern und natürlich auch noch einiges dazulernen, sei es in Biologie, Chemie oder Physik.

Die Programme stammen nicht selten aus den Werkzeugkisten internationaler Forschungsstätten. Viele Pakete sind nur in Englisch verfügbar. Die Bedienung stellt aber meist keine großen sprachlichen Anforderungen und wer sich mit den fachlichen Grundlagen weiter vertraut machen will, findet in der Regel problemlos deutsche Hilfe.

Mathematik

Das Open-Source-Paket Maxima    basiert auf Macsyma vom MIT, das auch kommerzielle Programme wie Maple und Mathematica inspiriert hat. Als Computer-Algebra-System (CAS) berechnet Maxima mathematische Ausdrücke symbolisch, im Unterschied zu rein numerischen Programmen, die die Rechenergebnisse durch Gleitkomma-Darstellungen annähern. Die Berechnungen fallen dadurch erheblich genauer aus, ganz zu schweigen davon, dass etwa "Pi/2" viel eher zum Verständnis beiträgt als der angenäherte Wert "1,5707 ...". Anwender können über mehrere Module mit dem System kommunizieren, von denen sich Maxima durch eine übersichtliche Menüstruktur, die beste grafische Unterstützung bei der Formelausgabe und die Integration von Gnuplot zur grafischen 2D/3D-Darstellung auszeichnet. Damit lassen sich Gleichungssysteme lösen, und ebenso elegante Lösungswege erschließen sich für Aufgaben der Matrizen-, Differenzial- und Integralrechnung, trigonometrische Probleme und Wahrscheinlichkeitstheorie.

Die Eingabesyntax für Maxima entspricht einer eigenen Programmiersprache. Je nach Komplexität der gestellten Aufgabe erfordert das einige Einarbeitung, die aber durch – auch deutschsprachige – Hilfen und Beispielsammlungen nicht allzu schwerfällt. Außerdem haben sich viele Anleitungen im Internet angesammelt. Obwohl sich kommerzielle Pakete bisweilen mit leichterer Bedienung und besserem Begleitmaterial hervortun, gilt Maxima als geeignetes Hilfsmittel für den Mathematikunterricht ab der zehnten Klasse. Auch bei der interaktiven Grafikausgabe steht Maxima zwar nicht an vorderster Front der Technik, kann seine Resultate aber immerhin als 2D- oder 3D-Plots visualisieren. (Mathias Poets/hps)