Latest documents http://publikationen.ub.uni-frankfurt.de/index/index/ Fri, 31 May 2013 09:53:26 +0200 Fri, 31 May 2013 09:53:26 +0200 http://publikationen.ub.uni-frankfurt.de/frontdoor/index/index/docId/29970 The thesis provides a stochastic model to quantify and classify neuronal firing patterns of oscillatory spike trains. A spike train is a finite sequence of time points at which a neuron has an electric discharge (spike) which is recorded over a finite time interval. In this work, these spike times are analyzed regarding special firing patterns like the presence or absence of oscillatory activity and clusters (so called bursts). These bursts do not have a clear and unique definition in the literature. They are often fired in response to behaviorally relevant stimuli, e.g., an unexpected reward or a novel stimulus, but may also appear spontaneously. Oscillatory activity has been found to be related to complex information processing such as feature binding or figure ground segregation in the visual cortex. Thus, in the context of neurophysiology, it is important to quantify and classify these firing patterns and their change under certain experimental conditions like pharmacological treatment or genetical manipulation. In neuroscientific practice, the classification is often done by visual inspection criteria without giving reproducible results. Furthermore, descriptive methods are used for the quantification of spike trains without relating the extracted measures to properties of the underlying processes. For that reason, a doubly stochastic point process model is proposed and termed 'Gaussian Locking to a free Oscillator' - GLO. The model has been developed on the basis of empirical observations in dopaminergic neurons and in cooperation with neurophysiologists. The GLO model uses as a first stage an unobservable oscillatory background rhythm which is represented by a stationary random walk whose increments are normally distributed. Two different model types are used to describe single spike firing or clusters of spikes. For both model types, the distribution of the random number of spikes per beat has different probability distributions (Bernoulli in the single spike case or Poisson in the cluster case). In the second stage, the random spike times are placed around their birth beat according to a normal distribution. These spike times represent the observed point process which has five easily interpretable parameters to describe the regularity and the burstiness of the firing patterns. It turns out that the point process is stationary, simple and ergodic. It can be characterized as a cluster process and for the bursty firing mode as a Cox process. Furthermore, the distribution of the waiting times between spikes can be derived for some parameter combination. The conditional intensity function of the point process is derived which is also called autocorrelation function (ACF) in the neuroscience literature. This function arises by conditioning on a spike at time zero and measures the intensity of spikes x time units later. The autocorrelation histogram (ACH) is an estimate for the ACF. The parameters of the GLO are estimated by fitting the ACF to the ACH with a nonlinear least squares algorithm. This is a common procedure in neuroscientific practice and has the advantage that the GLO ACF can be computed for all parameter combinations and that its properties are closely related to the burstiness and regularity of the process. The precision of estimation is investigated for different scenarios using Monte-Carlo simulations and bootstrap methods. The GLO provides the neuroscientist with objective and reproducible classification rules for the firing patterns on the basis of the model ACF. These rules are inspired by visual inspection criteria often used in neuroscientific practice and thus support and complement usual analysis of empirical spike trains. When applied to a sample data set, the model is able to detect significant changes in the regularity and burst behavior of the cells and provides confidence intervals for the parameter estimates. Markus Bingmer doctoralthesis http://publikationen.ub.uni-frankfurt.de/frontdoor/index/index/docId/29970 Fri, 31 May 2013 09:53:26 +0200 http://publikationen.ub.uni-frankfurt.de/frontdoor/index/index/docId/29898 We investigate multivariate Laurent polynomials f \in \C[\mathbf{z}^{\pm 1}] = \C[z_1^{\pm 1},\ldots,z_n^{\pm 1}] with varieties \mathcal{V}(f) restricted to the algebraic torus (\C^*)^n = (\C \setminus \{0\})^n. For such Laurent polynomials f one defines the amoeba \mathcal{A}(f) of f as the image of the variety \mathcal{V}(f) under the \Log-map \Log : (\C^*)^n \to \R^n, (z_1,\ldots,z_n) \mapsto (\log|z_1|, \ldots, \log|z_n|). I.e., the amoeba \mathcal{A}(f) is the projection of the variety \mathcal{V}(f) on its (componentwise logarithmized) absolute values. Amoebas were first defined in 1994 by Gelfand, Kapranov and Zelevinksy. Amoeba theory has been strongly developed since the beginning of the new century. It is related to various mathematical subjects, e.g., complex analysis or real algebraic curves. In particular, amoeba theory can be understood as a natural connection between algebraic and tropical geometry. In this thesis we investigate the geometry, topology and methods for the approximation of amoebas. Let \C^A denote the space of all Laurent polynomials with a given, finite support set A \subset \Z^n and coefficients in \C^*. It is well known that, in general, the existence of specific complement components of the amoebas \mathcal{A}(f) for f \in \C^A depends on the choice of coefficients of f. One prominent key problem is to provide bounds on the coefficients in order to guarantee the existence of certain complement components. A second key problem is the question whether the set U_\alpha^A \subseteq \C^A of all polynomials whose amoeba has a complement component of order \alpha \in \conv(A) \cap \Z^n is always connected. We prove such (upper and lower) bounds for multivariate Laurent polynomials supported on a circuit. If the support set A \subset \Z^n satisfies some additional barycentric condition, we can even give an exact description of the particular sets U_\alpha^A and, especially, prove that they are path-connected. For the univariate case of polynomials supported on a circuit, i.e., trinomials f = z^{s+t} + p z^t + q (with p,q \in \C^*), we show that a couple of classical questions from the late 19th / early 20th century regarding the connection between the coefficients and the roots of trinomials can be traced back to questions in amoeba theory. This yields nice geometrical and topological counterparts for classical algebraic results. We show for example that a trinomial has a root of a certain, given modulus if and only if the coefficient p is located on a particular hypotrochoid curve. Furthermore, there exist two roots with the same modulus if and only if the coefficient p is located on a particular 1-fan. This local description of the configuration space \C^A yields in particular that all sets U_\alpha^A for \alpha \in \{0,1,\ldots,s+t\} \setminus \{t\} are connected but not simply connected. We show that for a given lattice polytope P the set of all configuration spaces \C^A of amoebas with \conv(A) = P is a boolean lattice with respect to some order relation \sqsubseteq induced by the set theoretic order relation \subseteq. This boolean lattice turns out to have some nice structural properties and gives in particular an independent motivation for Passare's and Rullgard's conjecture about solidness of amoebas of maximally sparse polynomials. We prove this conjecture for special instances of support sets. A further key problem in the theory of amoebas is the description of their boundaries. Obviously, every boundary point \mathbf{w} \in \partial \mathcal{A}(f) is the image of a critical point under the \Log-map (where \mathcal{V}(f) is supposed to be non-singular here). Mikhalkin showed that this is equivalent to the fact that there exists a point in the intersection of the variety \mathcal{V}(f) and the fiber \F_{\mathbf{w}} of \mathbf{w} (w.r.t. the \Log-map), which has a (projective) real image under the logarithmic Gauss map. We strengthen this result by showing that a point \mathbf{w} may only be contained in the boundary of \mathcal{A}(f), if every point in the intersection of \mathcal{V}(f) and \F_{\mathbf{w}} has a (projective) real image under the logarithmic Gauss map. With respect to the approximation of amoebas one is in particular interested in deciding membership, i.e., whether a given point \mathbf{w} \in \R^n is contained in a given amoeba \mathcal{A}(f). We show that this problem can be traced back to a semidefinite optimization problem (SDP), basically via usage of the Real Nullstellensatz. This SDP can be implemented and solved with standard software (we use SOSTools and SeDuMi here). As main theoretic result we show that, from the complexity point of view, our approach is at least as good as Purbhoo's approximation process (which is state of the art). Timo de Wolff doctoralthesis http://publikationen.ub.uni-frankfurt.de/frontdoor/index/index/docId/29898 Fri, 17 May 2013 12:31:07 +0200 http://publikationen.ub.uni-frankfurt.de/frontdoor/index/index/docId/28696 other http://publikationen.ub.uni-frankfurt.de/frontdoor/index/index/docId/28696 Sat, 02 Feb 2013 17:35:35 +0100 http://publikationen.ub.uni-frankfurt.de/frontdoor/index/index/docId/28683 other http://publikationen.ub.uni-frankfurt.de/frontdoor/index/index/docId/28683 Sat, 02 Feb 2013 17:13:39 +0100 http://publikationen.ub.uni-frankfurt.de/frontdoor/index/index/docId/28663 other http://publikationen.ub.uni-frankfurt.de/frontdoor/index/index/docId/28663 Sat, 02 Feb 2013 16:35:15 +0100 http://publikationen.ub.uni-frankfurt.de/frontdoor/index/index/docId/28265 other http://publikationen.ub.uni-frankfurt.de/frontdoor/index/index/docId/28265 Sat, 02 Feb 2013 11:04:51 +0100 http://publikationen.ub.uni-frankfurt.de/frontdoor/index/index/docId/28264 other http://publikationen.ub.uni-frankfurt.de/frontdoor/index/index/docId/28264 Sat, 02 Feb 2013 10:58:31 +0100 http://publikationen.ub.uni-frankfurt.de/frontdoor/index/index/docId/28249 other http://publikationen.ub.uni-frankfurt.de/frontdoor/index/index/docId/28249 Fri, 01 Feb 2013 09:03:12 +0100 http://publikationen.ub.uni-frankfurt.de/frontdoor/index/index/docId/27457 Die Arbeit befasst sich insbesondere mit dem Phasenübergang des zufälligen k-SAT Problems. Piravean Chandirakanthan masterthesis http://publikationen.ub.uni-frankfurt.de/frontdoor/index/index/docId/27457 Wed, 30 Jan 2013 11:23:36 +0100 http://publikationen.ub.uni-frankfurt.de/frontdoor/index/index/docId/28116 other http://publikationen.ub.uni-frankfurt.de/frontdoor/index/index/docId/28116 Thu, 24 Jan 2013 08:45:36 +0100 http://publikationen.ub.uni-frankfurt.de/frontdoor/index/index/docId/28115 other http://publikationen.ub.uni-frankfurt.de/frontdoor/index/index/docId/28115 Thu, 24 Jan 2013 08:42:50 +0100 http://publikationen.ub.uni-frankfurt.de/frontdoor/index/index/docId/28114 other http://publikationen.ub.uni-frankfurt.de/frontdoor/index/index/docId/28114 Thu, 24 Jan 2013 08:39:39 +0100 http://publikationen.ub.uni-frankfurt.de/frontdoor/index/index/docId/28053 other http://publikationen.ub.uni-frankfurt.de/frontdoor/index/index/docId/28053 Mon, 21 Jan 2013 09:26:20 +0100 http://publikationen.ub.uni-frankfurt.de/frontdoor/index/index/docId/27795 Der im Jahr 2004 am IWR Heidelberg entwickelte Neuronen-Rekonstruktions-Algorithmus NeuRA extrahiert die Oberflächenmorphologie oder ein Merkmalskelett von Neuronenzellen, die mittels konfokaler oder Zwei-Photon-Mikroskopie als Bildstapel aufgenommen wurden. Hierbei wird zunächst das Signal-zu-Rausch-Verhältnis der Rohdaten durch Anwendung des speziell entwickelten trägheitsbasierten anisotropen Diffusionsfilters verbessert, dann das Bild nach der statistischen Methode von Otsu segmentiert und anschließend das Oberflächengitter der Neuronenzellen durch den Regularisierten Marching-Tetrahedra-Algorithmus rekonstruiert oder das Merkmalskelett mit einer speziellen Thinning-Methode extrahiert. In einschlägigen Vorarbeiten wurde mit Hilfe solcher Rekonstruktionen von Neuronenzellkernen gezeigt, dass diese, entgegen der vorher üblichen Meinung, nicht notwendigerweise rund sind, sondern Einstülpungen, sogenannte Invaginationen, aufweisen können. Der Einfluss der Invaginationen auf die Ausbreitung von Calciumionen innerhalb solcher Zellkerne konnte durch entsprechende numerische Simulationen systematisch untersucht werden. Um diese Rekonstruktionsmethode auf hochaufgelöste Mikroskopaufnahmen anwenden zu können, wurden im Rahmen der vorliegenden Arbeit, die in NeuRA verwendeten Verfahren auf Basis von Nvidia CUDA auf moderner Grafikhardware parallelisiert und unter dem Namen NeuRA2 optimiert und neu implementiert. Erzielte Beschleunigungen von bis zu einem Faktor 100, bei Verwendung einer Hochleistungsgrafikkarte, zeigen, dass sich die moderne Grafikarchitektur besonders für die Parallelisierung von Bildverarbeitungsoperatoren eignet. Insbesondere das Herzstück des Rekonstruktions-Algorithmus - der sehr rechenintensive trägheitsbasierte anisotrope Diffusionsfilter - wurde durch eine clusterbasierte Implementierung, welche die parallele Verwendung beliebig vieler Grafikkarten ermöglicht, immens beschleunigt. Darüber hinaus wurde in dieser Arbeit das Konzept von NeuRA verallgemeinert, um nicht nur Neuronenzellen aus konfokalen oder Zwei-Photon-Bildstapeln rekonstruieren zu können, sondern vielmehr die Oberflächenmorphologie oder Merkmalskelette von allgemeinen Objekten aus beliebigen Bildstapeln zu extrahieren. Dabei wird das ursprüngliche Konzept von Rauschreduktion, Bildsegmentierung und Rekonstruktion beibehalten. Für die einzelnen Schritte stehen aber nun eine Vielfalt von Bildverarbeitungs- und Rekonstruktionsmethoden zur Verfügung, die abhängig von der Beschaffenheit der Daten und den Anforderungen an die Rekonstruktion, ausgewählt werden können. Die meisten dieser Verfahren wurden ebenfalls auf Basis moderner Grafikhardware parallelisiert. Die weiterentwickelten Rekonstruktionsverfahren wurden in mehreren Anwendungen eingesetzt: Einerseits wurden Oberflächen- und Volumengitter aus konfokalen Bildstapeln und Computertomographie-Aufnahmen generiert, die für verschiedene numerische Simulationen eingesetzt wurden oder eingesetzt werden sollen. Des Weiteren wurden über zwanzig antike Keramikgefäße und Fragmente anderer antiker Keramiken rekonstruiert. Hierbei wurde jeweils die Rohdichte und bei den komplett erhaltenen Gefäßen das Füllvolumen berechnet. Es konnte gezeigt werden, dass dieses Verfahren exakter ist als die in der Archäologie üblichen Methoden zur Volumenbestimmung von Gefäßen. Außerdem zeigt sich eine Abhängigkeit der Rohdichte der rekonstruierten Objekte vom jeweils verwendeten Keramiktyp. Eine Analyse, wie genau die Krümmung von Objekten durch die Approximation von Dreiecksgittern dargestellt werden kann, wurde ebenfalls durchgeführt. Zusätzlich wurde ein Verfahren zur Rekonstruktion der Merkmalskelette lebender Neuronenzellen oder Teilen von Neuronenzellen entwickelt. Bei den damit rekonstruierten Daten wurden einzelne dendritische Dornfortsätze, auch Spines genannt, hochaufgelöst mikroskopiert. Auf Basis dieser Rekonstruktionen kann die Länge von Dendriten oder einzelner Spines, der Winkel zwischen Dendritenverzweigungen, sowie das Volumen einzelner Spines automatisch berechnet werden. Mit Hilfe dieser Daten kann der Einfluss pharmakologischer Präparate und mechanischer Eingriffe in das Nervensystem von lebenden Versuchstieren systematisch untersucht werden. Eine Adaption der beschriebenen Rekonstruktionsverfahren ist aufgrund deren einfacher Erweiterbarkeit und flexibler Verwendbarkeit für zukünftige Anwendungen leicht möglich. Daniel Jungblut doctoralthesis http://publikationen.ub.uni-frankfurt.de/frontdoor/index/index/docId/27795 Fri, 11 Jan 2013 10:44:52 +0100 http://publikationen.ub.uni-frankfurt.de/frontdoor/index/index/docId/27667 Die anaerobe Fermentation beschreibt den Abbau organischen Materials unter Ausschluss von Sauerstoff und setzt sich aus vier Prozessphasen (Hydrolyse, Acidogenese, Acetogenese und Methanogenese) zusammen. Im Rahmen dieser Arbeit konnte die Aufteilung dieser vier Prozessphasen auf die beiden Stufen eines zweistufigen zweiphasigen Biogas-Reaktors genau bestimmt werden. Die Aufteilung ist von entscheidender Bedeutung für zukünftige Arbeiten, da dadurch genau festgelegt werden kann, welche Stoffe bei den Messungen und bei der Modellierung berücksichtigt werden müssen. Im Jahre 2002 wurde von der IWA Taskgroup das ADM1-Modell, welches alle vier Prozessphasen der anaeroben Fermentation berücksichtigt, veröffentlicht. In der vorliegenden Arbeit wird ein räumlich aufgelöstes Modell für die anaerobe Fermentation erarbeitet, in dem das ADM1-Modell mit einem Strömungsmodell gekoppelt wird. Anschließend wird ein reduziertes Simulationsmodell für acetoklastische Methanogenese in einem zweistufigen zweiphasigen Biogasreaktor erstellt. Anhand von Messdaten wird gezeigt, dass der Abbau von Essigsäure zu Methan innerhalb des Reaktors durch das Simulationsmodell gut wiedergegeben werden kann. Anschließend wird das validierte Modell verwendet um Regeln für eine optimale Steuerung des Reaktors herzuleiten und weiterhin wird mit Hilfe der lokalen Methanproduktion die Effektivität des Reaktors bestimmt. Die erlangten Informationen können verwendet werden, um den Biogas-Reaktor zu optimieren. Ivo Muha doctoralthesis http://publikationen.ub.uni-frankfurt.de/frontdoor/index/index/docId/27667 Wed, 28 Nov 2012 10:40:26 +0100 http://publikationen.ub.uni-frankfurt.de/frontdoor/index/index/docId/26995 We deal with nonnegative distributional supersolutions for a class of linear elliptic equations involving inverse-square potentials and logarithmic weights. We prove sharp nonexistence results. Mouhamed Moustapha Fall; Roberta Musina article http://publikationen.ub.uni-frankfurt.de/frontdoor/index/index/docId/26995 Fri, 02 Nov 2012 11:18:57 +0100 http://publikationen.ub.uni-frankfurt.de/frontdoor/index/index/docId/26628 Eine Billion ist mathematisch leicht darstellbar. Es ist eine Eins mit 12 Nullen: 1 000 000 000 000, mathematisch kurz und prägnant als 1012 geschrieben. Aber darstellbar heißt nicht unbedingt vorstellbar. Versuchen wir, diese Anzahlen zu veranschaulichen, entstehen teilweise surreale,aber einprägsame Bilder. Matthias Ludwig article http://publikationen.ub.uni-frankfurt.de/frontdoor/index/index/docId/26628 Thu, 04 Oct 2012 08:57:24 +0200 http://publikationen.ub.uni-frankfurt.de/frontdoor/index/index/docId/23644 Sensitivity of output of a linear operator to its input can be quantified in various ways. In Control Theory, the input is usually interpreted as disturbance and the output is to be minimized in some sense. In stochastic worst-case design settings, the disturbance is considered random with imprecisely known probability distribution. The prior set of probability measures can be chosen so as to quantify how far the disturbance deviates from the white-noise hypothesis of Linear Quadratic Gaussian control. Such deviation can be measured by the minimal Kullback-Leibler informational divergence from the Gaussian distributions with zero mean and scalar covariance matrices. The resulting anisotropy functional is defined for finite power random vectors. Originally, anisotropy was introduced for directionally generic random vectors as the relative entropy of the normalized vector with respect to the uniform distribution on the unit sphere. The associated a-anisotropic norm of a matrix is then its maximum root mean square or average energy gain with respect to finite power or directionally generic inputs whose anisotropy is bounded above by a >= 0. We give a systematic comparison of the anisotropy functionals and the associated norms. These are considered for unboundedly growing fragments of homogeneous Gaussian random fields on multidimensional integer lattice to yield mean anisotropy. Correspondingly, the anisotropic norms of finite matrices are extended to bounded linear translation invariant operators over such fields. Phil Diamond; Peter E. Kloeden; Igor Vladimirov article http://publikationen.ub.uni-frankfurt.de/frontdoor/index/index/docId/23644 Fri, 08 Jun 2012 16:21:09 +0200 http://publikationen.ub.uni-frankfurt.de/frontdoor/index/index/docId/24620 Statistical analysis on various stocks reveals long range dependence behavior of the stock prices that is not consistent with the classical Black and Scholes model. This memory or nondeterministic trend behavior is often seen as a reflection of market sentiments and causes that the historical volatility estimator becomes unreliable in practice. We propose an extension of the Black and Scholes model by adding a term to the original Wiener term involving a smoother process which accounts for these effects. The problem of arbitrage will be discussed. Using a generalized stochastic integration theory [8], we show that it is possible to construct a self financing replicating portfolio for a European option without any further knowledge of the extension and that, as a consequence, the classical concept of volatility needs to be re-interpreted. AMS subject classifications: 60H05, 60H10, 90A09. John G. M. Schoenmakers; Peter E. Kloeden article http://publikationen.ub.uni-frankfurt.de/frontdoor/index/index/docId/24620 Thu, 31 May 2012 14:07:05 +0200 http://publikationen.ub.uni-frankfurt.de/frontdoor/index/index/docId/24338 Integral equations for the mean-square estimate are obtained for the linear filtering problem, in which the noise generating the signal is a fractional Brownian motion with Hurst index h∈(3/4,1) and the noise in the observation process includes a fractional Brownian motion as well as a Wiener process. AMS subject classifications: 93E11, 60G20, 60G35. Marina L. Kleptsyna; Peter E. Kloeden; Vo Van Anh article http://publikationen.ub.uni-frankfurt.de/frontdoor/index/index/docId/24338 Thu, 31 May 2012 13:42:47 +0200 http://publikationen.ub.uni-frankfurt.de/frontdoor/index/index/docId/24858 Within the last twenty years, the contraction method has turned out to be a fruitful approach to distributional convergence of sequences of random variables which obey additive recurrences. It was mainly invented for applications in the real-valued framework; however, in recent years, more complex state spaces such as Hilbert spaces have been under consideration. Based upon the family of Zolotarev metrics which were introduced in the late seventies, we develop the method in the context of Banach spaces and work it out in detail in the case of continuous resp. cadlag functions on the unit interval. We formulate sufficient conditions for both the sequence under consideration and its possible limit which satisfies a stochastic fixed-point equation, that allow to deduce functional limit theorems in applications. As a first application we present a new and considerably short proof of the classical invariance principle due to Donsker. It is based on a recursive decomposition. Moreover, we apply the method in the analysis of the complexity of partial match queries in two-dimensional search trees such as quadtrees and 2-d trees. These important data structures have been under heavy investigation since their invention in the seventies. Our results give answers to problems that have been left open in the pioneering work of Flajolet et al. in the eighties and nineties. We expect that the functional contraction method will significantly contribute to solutions for similar problems involving additive recursions in the following years. Henning Sulzbach doctoralthesis http://publikationen.ub.uni-frankfurt.de/frontdoor/index/index/docId/24858 Tue, 22 May 2012 12:01:33 +0200 http://publikationen.ub.uni-frankfurt.de/frontdoor/index/index/docId/24295 We provide a mathematical framework to model continuous time trading in limit order markets of a small investor whose transactions have no impact on order book dynamics. The investor can continuously place market and limit orders. A market order is executed immediately at the best currently available price, whereas a limit order is stored until it is executed at its limit price or canceled. The limit orders can be chosen from a continuum of limit prices. In this framework we show how elementary strategies (hold limit orders with only finitely many different limit prices and rebalance at most finitely often) can be extended in a suitable way to general continuous time strategies containing orders with infinitely many different limit prices. The general limit buy order strategies are predictable processes with values in the set of nonincreasing demand functions (not necessarily left- or right-continuous in the price variable). It turns out that this family of strategies is closed and any element can be approximated by a sequence of elementary strategies. Furthermore, we study Merton’s portfolio optimization problem in a specific instance of this framework. Assuming that the risky asset evolves according to a geometric Brownian motion, a proportional bid-ask spread, and Poisson execution times for the limit orders of the small investor, we show that the optimal strategy consists in using market orders to keep the proportion of wealth invested in the risky asset within certain boundaries, similar to the result for proportional transaction costs, while within these boundaries limit orders are used to profit from the bid-ask spread. Maximilian Stroh doctoralthesis http://publikationen.ub.uni-frankfurt.de/frontdoor/index/index/docId/24295 Fri, 24 Feb 2012 10:46:17 +0100 http://publikationen.ub.uni-frankfurt.de/frontdoor/index/index/docId/24121 Forschungsbedarf. Wenn man die mathematische Entwicklung in der frühen Kindheit als einen ganzheitlichen Prozess betrachtet, so gilt es, die Forschungsperspektive für unterschiedliche Lernorte zu öffnen. Einer dieser Lernorte ist die Familie, in welchem mathematische Bildungsprozesse der frühen Kindheit entscheidend von elterlichem Support beeinflusst werden. Bei der Untersuchung dieses Lernortes ist in der deutschsprachigen Mathematik-didaktik bisher eine Beschränkung auf Interviewstudien zu beobachten, in denen die Vorstellungen und Überzeugungen der Eltern zum Mathematiklernen und zur Mathematik rekonstruiert werden. Beobachtungsstudien, welche unabhängig von der Perspektive der Eltern Realisierungen von Support untersuchen, liegen bisher nicht vor. Die vorliegende Dissertation liefert einen Beitrag zur Bearbeitung dieses spezifischen Forschungsbedarfs in der deutschsprachigen Mathematikdidaktik. Die Studie. Die durchgeführte, längsschnittlich angelegte Videostudie, die der Dissertation zugrunde liegt, ist der rekonstruktiven Sozialforschung und im Speziellen der Interpretativen Forschung in der Mathematikdidaktik zuzuordnen. Es wurden zehn Vorschulkinder und ihre Mütter ein Jahr lang in offenen Vorlese- und Spielsituationen begleitet. Als Grundlage der Analyse dienen Transkripte von ausgewählten Szenen. Die Transkriptanalyse ist durchgehend am Prinzip der Komparation orientiert und erfolgt zweischrittig: In einer Interaktionsanalyse wird zunächst die interaktionale Entwicklung des mathematischen Themas in der jeweiligen Szenen nachgezeichnet; darauf aufbauend wird die Diskursszene in einer Support-Fokussierung im Hinblick auf das hergestellte Support-System ausgedeutet. Der Forschungsgegenstand. Gemäß der Verortung in der Interpretativen Forschung wird der Forschungsgegenstand aus sozialkonstruktivistisch-interaktionistischer Perspektive betrachtet. Demzufolge ist der Support in mathematischen Mutter-Kind-Diskursen kein einseitiges Helfen der Mutter, sondern ein von Mutter und Kind gemeinsam in der Interaktion hergestelltes Support-System. Ergebnisse. Der Support in mathematischen Mutter-Kind-Diskursen wird in der vorliegenden Dissertation als ein Mathematics Acquisition Support System (MASS) beschrieben und aus zwei unterschiedlichen Perspektiven beleuchtet. Die erste Perspektive ist eine allgemein sozialisationstheoretische und zeigt, dass das MASS in mathematischen Mutter-Kind-Diskursen auf unterschiedliche übergeordnete Aufgaben ausgerichtet sein kann: auf ein Mitmachen, auf einen Entwicklungsfortschritt oder auf eine freie Erkundung des Kindes. Diese Typisierung von Support-Jobs verdeutlicht, dass sich Support-Systeme gegenstandsspezifisch unterscheiden. Während das Discourse Acquisition Support System (DASS), welches im Hinblick auf die Entwicklung von Erzählkompetenz beschrieben wurde (vgl. Hausendorf und Quasthoff 2005), ausschließlich auf eine übergeordnete Aufgabe ausgerichtet ist, kann das MASS über die Arbeit an unterschiedlichen Support-Jobs hergestellt werden. So sind Vorschulkinder im familialen Kontext in mathematische Diskurse eingebunden, die an unterschiedlichen Support-Jobs ausgerichtet sind. Dieses Ergebnis gewinnt dadurch zusätzliche Bedeutung, dass die Support-Jobs in den mathematischen Mutter-Kind-Diskursen als charakterisierend für die jeweiligen Mutter-Kind-Paare rekonstruiert werden konnten. Sowohl in Komparationen über die Zeit als auch in solchen über das Material etablieren und bearbeiten Mutter und Kind mit einer gewissen Stabilität einen spezifischen Support-Job. Die Biographie von Vorschulkindern als Mathematiklerner wird in der Familie also auf spezifische Weise geprägt. Die zweite Perspektive ist eine genuin mathematikdidaktische und gliedert sich in zwei Teilperspektiven auf. Eine fokussiert auf das Mathematiklernen, die andere auf die Mathematik. In der Perspektive des Mathematiklernens werden Realisierungen von alltagspädagogischen Konzepten typisiert. Dabei zeigt sich, wie unterschiedlich Vorschulkinder als Mathematiklerner in Support-Systeme eingebunden werden: als Sachkundiger, als Wissender und als Denker (vgl. Olson und Bruner 1996). Anhand dieser gebildeten Typen wird das Forschungsfeld dahingehend strukturiert, welchen Konzepten vom Mathematiklernen und -lehren Vorschulkinder im familialen Kontext begegnen. In der Perspektive der Mathematik wird schließlich erarbeitet, wie Vorschulkinder und ihre Mütter in und mit ihrem je spezifischen MASS die Mathematik in den Sinnbereich ihres Alltags einbinden (vgl. Bachmair 2007): als Hilfsmittel, als Lernstoff und als Beschreibungs- und Denkmittel. Damit sind drei Typen mathematischer Sozialisation im familialen Kontext beschrieben. Insgesamt macht die Verbindung aus einer allgemein sozialisationstheoretischen und einer mathematikdidaktischen Perspektive umfassend beschreibbar, wie Kinder im familialen Kontext in Support-Systeme zum Mathematiklernen eingebunden sind. Die Bildung unterschiedlicher Typen konnte sowohl im Hinblick auf die allgemeine Fokussierung des MASS als auch im Hinblick auf die damit realisierten Konzepte von Mathematiklernen und Mathematik vor-genommen werden. Damit ist der Lernort der Familie für die frühe mathematische Bildung und den Forschungsgegenstand des Supports strukturiert und anhand von Fallstudien beschrieben. Dieses Forschungsergebnis ist eine neue Einsicht über den bisher nur wenig erforschten Lernort der Familie und gleichzeitig eine Herausforderung für den Mathematikunterricht der Grundschule. Denn im Sinne einer Passung zwischen Familie und Schule gilt es, an die jeweiligen Interaktionserfahrungen der Kinder anzuknüpfen. Kerstin Tiedemann doctoralthesis http://publikationen.ub.uni-frankfurt.de/frontdoor/index/index/docId/24121 Tue, 31 Jan 2012 04:08:39 +0000 http://publikationen.ub.uni-frankfurt.de/frontdoor/index/index/docId/24214 Der Hoppe-Baum ist eine zufällig wachsende, diskrete Baumstuktur, wobei die stochastische Dynamik durch die Entwicklung der Hoppe Urne wie folgt gegeben ist: Die ausgezeichnete Kugel mit der die Hoppe Urne startet entspricht der Wurzel des Hoppe Baumes. In der Hoppe Urne wird diese Kugel mit Wahrscheinlichkeit proportional zu einem Parameter theta>0 gezogen, alle anderen Kugeln werden mit Wahrscheinlichkeit proportional zu 1 gezogen. Wann immer eine Kugel gezogen wird, wird sie zusammen mit einer neuen Kugel in die Urne zurückgelegt, was in unserem Baum dem Einfügen eines neuen Kindes an den gezogenen Knoten entspricht. Im Spezialfall theta=1 erhält man einen zufälligen rekursiven Baum. In der Arbeit werden Erwartungswerte, Varianzen und Grenzwertsätze für Tiefe, Höhe, Pfadlänge und die Anzahl der Blätter gegeben. Kevin Leckey masterthesis http://publikationen.ub.uni-frankfurt.de/frontdoor/index/index/docId/24214 Sun, 22 Jan 2012 14:36:11 +0100 http://publikationen.ub.uni-frankfurt.de/frontdoor/index/index/docId/22592 book http://publikationen.ub.uni-frankfurt.de/frontdoor/index/index/docId/22592 Mon, 05 Sep 2011 17:08:20 +0200