This book is not a text devoted to a pedagogical presentation of a specialized topic nor is it a monograph focused on the author's area of research. It accomplishes both these things while providing a rationale for why the reader ought to be interested in learning about fractional calculus. This book is for researchers who has heard about many of these scientifically exotic activities, but could not see how they fit into their own scientific interests, or how they could be made compatible with the way they understand science. It is also for beginners who have not yet decided where their scientific talents could be most productively applied. The book provides insight into the long-term direction of science and show how to develop the skills necessary to successfully do research in the twenty-first century.
Complexity increases with increasing system size in everything from organisms to organizations. The nonlinear dependence of a system’s functionality on its size, by means of an allometry relation, is argued to be a consequence of their joint dependency on complexity (information). In turn, complexity is proven to be the source of allometry and to provide a new kind of force entailed by a system‘s information gradient. Based on first principles, the scaling behavior of the probability density function is determined by the exact solution to a set of fractional differential equations. The resulting lowest order moments in system size and functionality gives rise to the empirical allometry relations. Taking examples from various topics in nature, the book is of interest to researchers in applied mathematics, as well as, investigators in the natural, social, physical and life sciences. Contents Complexity Empirical allometry Statistics, scaling and simulation Allometry theories Strange kinetics Fractional probability calculus
This monograph provides an accessible introduction to the regional analysis of fractional diffusion processes. It begins with background coverage of fractional calculus, functional analysis, distributed parameter systems and relevant basic control theory. New research problems are then defined in terms of their actuation and sensing policies within the regional analysis framework. The results presented provide insight into the control-theoretic analysis of fractional-order systems for use in real-life applications such as hard-disk drives, sleep stage identification and classification, and unmanned aerial vehicle control. The results can also be extended to complex fractional-order distributed-parameter systems and various open questions with potential for further investigation are discussed. For instance, the problem of fractional order distributed-parameter systems with mobile actuators/sensors, optimal parameter identification, optimal locations/trajectory of actuators/sensors and regional actuation/sensing configurations are of great interest. The book’s use of illustrations and consistent examples throughout helps readers to understand the significance of the proposed fractional models and methodologies and to enhance their comprehension. The applications treated in the book run the gamut from environmental science to national security. Academics and graduate students working with cyber-physical and distributed systems or interested in the applications of fractional calculus will find this book to be an instructive source of state-of-the-art results and inspiration for further research.
This book is a tribute to Professor Ian Hugh Sloan on the occasion of his 80th birthday. It consists of nearly 60 articles written by international leaders in a diverse range of areas in contemporary computational mathematics. These papers highlight the impact and many achievements of Professor Sloan in his distinguished academic career. The book also presents state of the art knowledge in many computational fields such as quasi-Monte Carlo and Monte Carlo methods for multivariate integration, multi-level methods, finite element methods, uncertainty quantification, spherical designs and integration on the sphere, approximation and interpolation of multivariate functions, oscillatory integrals, and in general in information-based complexity and tractability, as well as in a range of other topics. The book also tells the life story of the renowned mathematician, family man, colleague and friend, who has been an inspiration to many of us. The reader may especially enjoy the story from the perspective of his family, his wife, his daughter and son, as well as grandchildren, who share their views of Ian. The clear message of the book is that Ian H. Sloan has been a role model in science and life.
This book explains the essentials of fractional calculus and demonstrates its application in control system modeling, analysis and design. It presents original research to find high-precision solutions to fractional-order differentiations and differential equations. Numerical algorithms and their implementations are proposed to analyze multivariable fractional-order control systems. Through high-quality MATLAB programs, it provides engineers and applied mathematicians with theoretical and numerical tools to design control systems. Contents Introduction to fractional calculus and fractional-order control Mathematical prerequisites Definitions and computation algorithms of fractional-order derivatives and Integrals Solutions of linear fractional-order differential equations Approximation of fractional-order operators Modelling and analysis of multivariable fractional-order transfer function Matrices State space modelling and analysis of linear fractional-order Systems Numerical solutions of nonlinear fractional-order differential Equations Design of fractional-order PID controllers Frequency domain controller design for multivariable fractional-order Systems Inverse Laplace transforms involving fractional and irrational Operations FOTF Toolbox functions and models Benchmark problems for the assessment of fractional-order differential equation algorithms
Krone der Schöpfung? Vor 100 000 Jahren war der Homo sapiens noch ein unbedeutendes Tier, das unauffällig in einem abgelegenen Winkel des afrikanischen Kontinents lebte. Unsere Vorfahren teilten sich den Planeten mit mindestens fünf weiteren menschlichen Spezies, und die Rolle, die sie im Ökosystem spielten, war nicht größer als die von Gorillas, Libellen oder Quallen. Vor 70 000 Jahren dann vollzog sich ein mysteriöser und rascher Wandel mit dem Homo sapiens, und es war vor allem die Beschaffenheit seines Gehirns, die ihn zum Herren des Planeten und zum Schrecken des Ökosystems werden ließ. Bis heute hat sich diese Vorherrschaft stetig zugespitzt: Der Mensch hat die Fähigkeit zu schöpferischem und zu zerstörerischem Handeln wie kein anderes Lebewesen. Anschaulich, unterhaltsam und stellenweise hochkomisch zeichnet Yuval Harari die Geschichte des Menschen nach und zeigt alle großen, aber auch alle ambivalenten Momente unserer Menschwerdung.
Ist das Universum unendlich oder begrenzt? Hat die Raumzeit einen Anfang, den Urknall? Dehnt sie sich aus? Wird sie wieder in sich zusammenstürzen? Liefe die Zeit dann rückwärts? Welchen Platz im Universum nehmen wir ein? Und ist in den atemberaubenden Modellen der Kosmologen noch Platz für einen Gott? – Es sind existenzielle Fragen, mit denen sich Stephen Hawking befasst, Fragen, die Forschung und Lehre in den Zentren der modernen Physik ebenso bestimmen wie die Diskussion von Geisteswissenschaftlern. Dieses Meisterwerk eines Jahrhundert-Genies hat unsere Weltsicht verändert. Zugleich hat Stephen Hawking damit neue Maßstäbe für die Erklärung komplexer physikalischer Zusammenhänge gesetzt. In diesem Buch, weltweit inzwischen über zehn Millionen Mal verkauft, ist das Credo des großen Physikers enthalten und lebendig. «Der Physiker Stephen Hawking ist im Begriff, die Formel zu finden, die das Universum erklärt.» ZEIT-Magazin
Der moderne Mensch will das Leben immer stärker planen und kontrollierbar machen. Er treibt einen unglaublichen technischen Aufwand, nur um sich sicherer zu fühlen. Dahinter steckt ein ängstliches Ich, das sich von der Welt bedroht fühlt. Alan Watts zeigt den Weg in eine tiefere Dimension des Bewusstseins, in der man dem Leben vollkommen offen und furchtlos zu begegnen lernt.
Die Geschichte der Menschheit – eine ewige Abfolge von Krieg, Genozid, Mord, Folter und Vergewaltigung. Und es wird immer schlimmer. Aber ist das richtig? In einem wahren Opus Magnum, einer groß angelegten Gesamtgeschichte unserer Zivilisation, untersucht der weltbekannte Evolutionspsychologe Steven Pinker die Entwicklung der Gewalt von der Urzeit bis heute und in allen ihren individuellen und kollektiven Formen, vom Verprügeln der Ehefrau bis zum geplanten Völkermord. Unter Rückgriff auf eine Fülle von wissenschaftlichen Belegen aus den unterschiedlichsten Disziplinen beweist er zunächst, dass die Gewalt im Laufe der Geschichte stetig abgenommen hat und wir heute in der friedlichsten Epoche der Menschheit leben. Diese verblüffende Tatsache verlangt nach einer Erklärung: Pinker schält in seiner Analyse sechs Entwicklungen heraus, die diesen Trend begünstigt haben, untersucht die Psychologie der Gewalt auf fünf innere Dämonen, die Gewaltausübung begünstigen, benennt vier Eigenschaften des Menschen, die den inneren Dämonen entgegenarbeiten und isoliert schließlich fünf historische Kräfte, die uns heute in der friedlichsten Zeit seit jeher leben lassen. Pinkers Darstellung revolutioniert den Blick auf die Welt und uns Menschen. Und sie macht Hoffnung und Mut. »Pinkers Studie ist eine leidenschaftliche Antithese zum verbreiteten Kulturpessimismus und dem Gefühl des moralischen Untergangs der Moderne.« Der Spiegel »Steven Pinker ist ein Top-Autor und verdient all die Superlative, mit denen man ihn überhäuft« New York Times» Die Argumente von Steven Pinker haben Gewicht [...]. Die Chance, heute Opfer von Gewalt zu werden, ist viel geringer als zu jeder anderen Zeit. Das ist eine spannende Nachricht, die konträr zur öffentlichen Wahrnehmung ist." Deutschlandfunk »Steven Pinker ist ein intellektueller Rockstar« The Guardian »Der Evolutionspsychologe Steven Pinker gilt als wichtigster Intellektueller« Süddeutsche Zeitung »Verflucht überzeugend« Hamburger Abendblatt
Mit großer Spannung wurde sie erwartet, auch von Nicht-Katholiken: Die Umwelt-Enzyklika von Papst Franziskus nimmt die heute entscheidenden Themen in den Blick; es geht um die geht um soziale, ökologische und politische Zusammenhänge. Wohl selten war ein päpstliches Schreiben so aktuell und brisant und vor allem relevant für alle Gesellschaftsschichten und Menschen weltweit. Mit "Laudato si" beweist Franziskus, dass die Kirche nach wie vor eine unverzichtbare Stimme im Diskurs zur Gestaltung der modernen Welt ist. Wer verstehen will, wie Papst und Kirche die großen Herausforderungen unserer Zeit bestehen wollen, kommt an diesem Werk nicht vorbei. Ein Muss für jeden, der an den drängenden Fragen unserer Zeit interessiert ist.
Was war noch mal die Catalan’sche Vermutung? Und woher kommt eigentlich das Wurzelsymbol? Was hat die Zahl Pi mit dem Sternenhimmel zu tun? Wer erfand das Gleichheitszeichen? Der britische Matheguru Ian Stewart breitet in diesem Band Schätze aus, die er in Jahrzehnten gesammelt hat: über 180 interessante Matherätsel, Lösungen, Spiele, Tricks, Geschichten, Anekdoten und Logeleien. Zudem ist Stewarts Schatztruhe mit interessanten historischen Exkursen angereichert, zum Beispiel einer kurzen Einführung in das Rechnen der Maya und der alten Ägypter und auch in die Vergangenheit unseres eigenen Rechnens: Wer erfand das Gleichheitszeichen – und warum? Ein Buch zum Blättern und Stöbern, zum Spaßhaben und Dazulernen, für Laien und für Fortgeschrittene.

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