Numerisches Programmieren — Tutorienmaterial (LaTeX)

Lehrmaterial für die Vorlesung Numerisches Programmieren (TUM, Informatik), entstanden zwischen 2017 und 2021 in den Tutorien von Hendrik Möller: ein ausführliches Skript, ein Übungstrainer, Probeklausuren mit Lösungen und Trainingsblätter — alles als LaTeX-Quelltext.

Kein offizielles Material. Dieses Repository wurde von einem Tutor erstellt und steht in keiner Verbindung zu einem Lehrstuhl oder dessen Mitarbeitenden. Es gibt keine Garantie auf Vollständigkeit oder Korrektheit.

Die PDFs

Im Repository liegen keine PDFs — sie sind Build-Ergebnis, nicht Inhalt. Fertige Dokumente gibt es an zwei Stellen:

• Releases — die veröffentlichten Fassungen, pro Tag ein vollständiger Satz aller Dokumente.
• Actions — jeder Build hängt die frisch übersetzten PDFs als Artefakte an seinen Lauf, auch für Zwischenstände.

Selbst bauen geht mit ./build.sh (siehe unten).

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Was ist drin

Auf oberster Ebene stehen genau zwei Ordner: dokumente/ ist der Inhalt, gemeinsam/ das, was sich mehrere Dokumente teilen. Alles andere ist Repo-Maschinerie.

dokumente/
  skript/                 Das komplette Skript — eine Quelle, zwei Ausgaben
    kapitel/                seine Kapitel, Reihenfolge in kapitel/inhalt.tex
  trainer/                Übungstrainer als Beamer-Präsentation
    kapitel/                seine Kapitel
  trainingsblaetter/      blatt_01 … blatt_04
    gemeinsam/              Titelmakro und Kopfzeile nur für die Blätter
  probeklausuren/         ein Ordner je Semester, darin angabe.tex + loesung.tex
    ss17/ ws17/ ws18/ ws19/          die Probeklausuren der Tutorien
    alt_ss17/ … alt_ws17/           ältere Klausuren
    _vorlage/                        leeres Gerüst für eine neue Probeklausur
  infoblaetter/           kurze Einzelblätter
    themenuebersicht/       Themenübersicht auf zwei Seiten
    tipps/                  Klausurtipps
    quellen/                kommentierte Linksammlung zu den Themen
    willkommen/             Begrüßungsblatt für die erste Tutoriumsstunde
    klausurstatistik/       welches Thema kam in welcher Altklausur wie oft vor

gemeinsam/
  preamble/               Pakete, Seitenlayout, Makros, Autorangaben
  titelseiten/            Titelseiten der einzelnen Dokumente
  bilder/                 Bilder

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Bauen

Gebraucht wird eine TeX-Distribution mit latexmk — TeX Live 2021 oder neuer bzw. MiKTeX. Die Dokumente nutzen unter anderem pgfplots, tikzsymbols, nccfoots und catchfilebetweentags, also am besten eine vollständige Installation (scheme-full).

./build.sh                                   # alles bauen
./build.sh dokumente/probeklausuren          # nur einen Ordner
./build.sh dokumente/skript/numprog_skript.tex   # nur ein Dokument

Die PDFs landen neben ihrer .tex-Datei, die Zwischendateien in .build/; beides ist gitignoriert.

Einzeln geht es genauso gut von Hand — wichtig ist nur, im Ordner des Dokuments zu übersetzen, weil alle Pfade relativ dazu aufgelöst werden:

cd dokumente/skript
latexmk -pdf numprog_skript.tex

In einem Editor (TeXstudio, VS Code, Overleaf) einfach das gewünschte Hauptdokument öffnen und übersetzen.

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Wie die Dokumente aufgebaut sind

Jedes Dokument beginnt gleich: es sagt, wo es relativ zur Repository-Wurzel liegt, und lädt dann die geteilte Präambel.

\documentclass{scrartcl}

\newcommand{\npbase}{../../}       % Pfad von hier zur Repository-Wurzel
\input{\npbase gemeinsam/preamble/preamble}

\npbase ist das Einzige, was ein Dokument über seinen eigenen Ort wissen muss. Alle weiteren Pfade hängen sich daran:

\input{kapitel/fourier}              % ein Kapitel neben dem Dokument
\picS{fft.jpg}{0.7}                  % ein Bild aus gemeinsam/bilder/

Dokumente zwei Ebenen unter der Wurzel (dokumente/skript/) setzen {../../}, tiefer liegende (dokumente/probeklausuren/ss17/) {../../../}. Kapitel liegen neben ihrem Dokument und brauchen deshalb gar kein \npbase.

Layout-Varianten

Vor dem \input der Präambel lässt sich das Layout umschalten:

\newcommand{\npstyle}{print}   % Graustufen, zweiseitig — für den Druck
\newcommand{\npstyle}{plain}   % ohne Kopf- und Fußzeile — für kurze Handouts

Ohne Angabe gilt screen: farbige Links und Infoboxen, Kopfzeile mit dem aktuellen Abschnitt. In der print-Variante werden alle Infoboxen schwarz und \red{…}, \green{…} & Co. fallen auf Fettdruck zurück, damit keine Information verloren geht, die vorher nur die Farbe getragen hat.

Ein Dokument, zwei Fassungen

Das Skript gibt es als Bildschirm- und als Druckfassung — aus einer Quelle. dokumente/skript/numprog_skript.tex fragt an drei Stellen \ifdefined\npprint ab (Dokumentklasse, Seitenränder, Titelseite); definiert wird das Makro erst beim Übersetzen:

latexmk -pdf numprog_skript.tex                      # numprog_skript.pdf
latexmk -pdf -usepretex='\def\npprint{}' \
        -jobname=numprog_skript_print numprog_skript.tex   # ..._print.pdf

./build.sh und die CI erkennen \ifdefined\npprint selbst und bauen beide Fassungen. Wer für ein anderes Dokument eine zweite Fassung braucht, macht es genauso — es ist nichts zu registrieren.

Autorangaben

Name, Webseite und Mailadresse stehen ausschließlich in gemeinsam/preamble/metadata.tex:

\providecommand{\npauthor}{…}
\providecommand{\npauthorurl}{…}
\providecommand{\npauthormail}{…}

Überall sonst — Titelseiten, Kopf- und Fußzeilen, Fließtext — stehen nur die Makros \npauthor{}, \npauthorurl{} und \npauthormail{}. Wer das Material übernimmt, ändert die drei Zeilen und ist fertig; die CI prüft, dass nirgendwo sonst wieder ein Klartextname auftaucht.

Die wichtigsten Makros

Definiert in gemeinsam/preamble/commands.tex:

Makro	Wirkung
\defi{…}	Grüne Box „Erklärung“ — eine Definition
\methode{…}	Blaue Box „Vorgehen“ — ein Rechenweg Schritt für Schritt
\bsp{…}	Orange Box „Beispiel“
\wichtig{…}	Rote Box „Wichtig“
\vertief{…}	Braune Box „Vertiefung“ — optionaler Hintergrund
\pic{f} / \picS{f}{b} / \picC{f}{b}{Titel}	Bild aus gemeinsam/bilder/, Breite relativ zu \linewidth
\n, \sbreak, \lbreak	Vertikaler Abstand
\fat{…}, \qu{…}	Fett, deutsche Anführungszeichen

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Ein neues Dokument anlegen

1. Ordner unter dem passenden dokumente/-Zweig anlegen und dokumente/probeklausuren/_vorlage/angabe.tex als Vorlage kopieren (oder eines der bestehenden Dokumente).
2. \npbase auf die eigene Tiefe setzen.
3. Fertig — CI und Build-Skript finden neue Dokumente von selbst, es gibt keine Liste, die gepflegt werden müsste.

Ein neues Kapitel im Skript kommt nach dokumente/skript/kapitel/ und wird in dokumente/skript/kapitel/inhalt.tex an der passenden Stelle eingehängt.

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Automatische Prüfungen

Drei GitHub-Actions-Workflows in .github/workflows/:

• build.yml – übersetzt bei jedem Push und jedem Pull Request jedes Dokument einzeln (inklusive Druckfassungen) und hängt die PDFs als Artefakte an den Lauf. Schlägt ein Dokument fehl, wird sein .log mit hochgeladen.
• checks.yml – Hygiene ohne TeX-Installation: keine eingecheckten Build-Artefakte oder PDFs, keine Leerzeichen oder Umlaute in Dateinamen, alle Quellen in UTF-8, alle \input-Ziele existieren, Autorangaben nur in gemeinsam/preamble/metadata.tex, keine http://-Links. Dazu chktex als reine Stil-Information (blockiert nie).
• release.yml – bei einem Git-Tag werden alle PDFs frisch gebaut und an ein GitHub-Release gehängt.

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Mitmachen

Fehler gefunden? Gerne ein Issue oder einen Pull Request — für inhaltliche Korrekturen reicht Kapitel und Stelle. Wer am LaTeX-Code arbeitet, findet die Konventionen in CONTRIBUTING.md. Vor dem Push kurz ./build.sh laufen lassen.

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Lizenz

CC BY-NC-SA 4.0 — Weitergabe und Bearbeitung erlaubt, mit Namensnennung, nicht kommerziell, und Bearbeitungen unter derselben Lizenz.