Wave Equation Numerical Methods

Der Shapley-Wert ist ein Konzept aus der Spieltheorie, das verwendet wird, um den Beitrag einzelner Spieler in kooperativen Spielen zu quantifizieren. In einem kooperativen Spiel schließen sich Spieler zusammen, um gemeinsam einen Gewinn zu erzielen, und der Shapley-Wert hilft dabei, diesen Gewinn fair zwischen den Spielern zu verteilen. Der Wert basiert auf der Idee, dass jeder Spieler einen unterschiedlichen Beitrag zu verschiedenen Koalitionen leistet, und berechnet den durchschnittlichen marginalen Nutzen, den ein Spieler für jede mögliche Koalition bringt.

Mathematisch wird der Shapley-Wert für einen Spieler $i$ als folgt definiert:

Hierbei ist $v(S)$ der Wert, den die Koalition $S$ erzielt, und $N$ ist die Menge aller Spieler. Der Shapley-Wert hat zahlreiche Anwendungen in verschiedenen Bereichen, einschließlich Wirtschaft, Politik und Ökologie, da er eine faire und ausgewogene Methode zur Verteilung von Ressourcen und Gewinnen bietet.

Welfare Economics ist ein Teilgebiet der Wirtschaftsökonomie, das sich mit der Bewertung des wirtschaftlichen Wohlstands und der Verteilung von Ressourcen in einer Gesellschaft beschäftigt. Es untersucht, wie verschiedene wirtschaftliche Entscheidungen und Politiken das Wohlergehen der Individuen beeinflussen. Zentrale Konzepte in der Wohlfahrtsökonomie sind die Effizienz und die Gerechtigkeit, wobei Effizienz bedeutet, dass die Ressourcen so verteilt werden, dass niemand besser gestellt werden kann, ohne dass jemand anderes schlechter gestellt wird (Pareto-Effizienz).

Ein häufig verwendetes Werkzeug in der Wohlfahrtsökonomie ist die Nutzenfunktion, die den individuellen Nutzen in Abhängigkeit von Konsumgütern beschreibt. Mathematisch kann dies durch die Funktion $U(x_1, x_2, \ldots, x_n)$ dargestellt werden, wobei $x_i$ die Menge des i-ten Gutes ist. Zusätzlich werden in der Wohlfahrtsökonomie oft Umverteilungsmechanismen und deren Auswirkungen auf die allgemeine Wohlfahrt analysiert, um herauszufinden, wie soziale Gerechtigkeit und wirtschaftliche Effizienz in Einklang gebracht werden können.

Wasserstoffbrennstoffzellen sind Technologien, die chemische Energie aus Wasserstoff in elektrische Energie umwandeln. Der Prozess beruht auf einer elektrochemischen Reaktion, bei der Wasserstoff und Sauerstoff miteinander reagieren, um Wasser zu erzeugen. Um diese Reaktionen effizient zu gestalten, sind Katalysatoren erforderlich, die die Reaktionsrate erhöhen, ohne selbst verbraucht zu werden.

Die häufigsten Katalysatoren in Wasserstoffbrennstoffzellen sind Platin-basierte Katalysatoren. Diese Materialien sind besonders wirksam, da sie die Aktivierungsenergie der Reaktion herabsetzen. Es gibt jedoch auch Forschungen zu kostengünstigeren und nachhaltigeren Alternativen, wie z.B. Nickel, Kobalt oder sogar biobasierte Katalysatoren. Das Ziel ist es, die Leistung und Haltbarkeit der Brennstoffzellen zu verbessern, während die Kosten gesenkt werden.

Gene Expression Noise bezieht sich auf die zufälligen Schwankungen in der Menge an mRNA und Protein, die aus einem bestimmten Gen in einer Zelle produziert werden. Diese Schwankungen können durch verschiedene Faktoren verursacht werden, darunter die intrinsische Variabilität der Transkriptions- und Translationalprozesse sowie äußere Einflüsse wie Umwelteinflüsse oder Unterschiede zwischen Zellen. Die Ergebnisse sind oft eine heterogene Genexpression, selbst in genetisch identischen Zellen, was zu unterschiedlichen phänotypischen Ausdrücken führen kann.

Die mathematische Modellierung von Gene Expression Noise wird häufig durch stochastische Prozesse beschrieben, wobei die Varianz der Genexpression oft als Funktion der durchschnittlichen Expression dargestellt wird. Dies kann durch die Beziehung:

ausgedrückt werden, wobei $\text{Var}(X)$ die Varianz, $\text{E}(X)$ den Erwartungswert und $\alpha$ einen konstanten Faktor darstellt. Gene Expression Noise spielt eine entscheidende Rolle in der Zellbiologie, da es zur Anpassungsfähigkeit von Zellen beiträgt und ihnen ermöglicht, auf Veränderungen in ihrer Umgebung zu reagieren.

Ein Hamiltonian System ist ein dynamisches System, das durch die Hamiltonsche Mechanik beschrieben wird, eine reformulierte Version der klassischen Mechanik. In einem solchen System wird der Zustand eines Systems durch die Hamiltonsche Funktion $H(q, p, t)$ charakterisiert, wobei $q$ die generalisierten Koordinaten und $p$ die zugehörigen Impulse sind. Die Bewegungsgleichungen werden durch die Hamiltonschen Gleichungen gegeben, die wie folgt aussehen:

Diese Gleichungen beschreiben, wie sich die Zustände des Systems im Laufe der Zeit ändern. Hamiltonsche Systeme sind besonders in der Physik und Mathematik wichtig, da sie Eigenschaften wie Energieerhaltung und Symplektizität aufweisen, was bedeutet, dass sie in der Phase raumkonservierend sind. Solche Systeme finden Anwendung in verschiedenen Bereichen, einschließlich der Quantenmechanik, der statistischen Mechanik und der Chaosforschung.

Die Messung von Spannungen in Dünnschichten (Thin Film Stress Measurement) ist ein wichtiger Prozess in der Materialwissenschaft und der Mikroelektronik, da die mechanischen Eigenschaften dünner Filme entscheidend für die Leistung von Bauteilen sind. Diese Spannungen können durch verschiedene Faktoren verursacht werden, wie z.B. Temperaturänderungen, chemische Reaktionen oder die Abscheidungstechniken, die zur Herstellung der Filme verwendet werden.

Zur Messung der Spannungen werden häufig Techniken wie die Wafer-Biegemethode oder die X-ray Diffraction (XRD) angewendet. Bei der Wafer-Biegemethode wird die Krümmung eines Substrats gemessen, das eine dünne Schicht enthält, und die resultierende Biegung kann verwendet werden, um die interne Spannung zu berechnen. Mathematisch kann die Beziehung zwischen der Krümmung $\kappa$ und der Spannung $\sigma$ durch die Formel

beschrieben werden, wobei $E$ der Elastizitätsmodul und $\nu$ die Poisson-Zahl ist. Eine präzise Messung dieser Spannungen ist entscheidend, um die Zuverlässigkeit und Lebensdauer von Halbleiterbauelementen zu gewährleisten.