Quadratische Optimierungsprobleme (QP) haben ein breites Anwendungsgebiet, wie beispielsweise kombinatorische Probleme einschließlich des maximalen Cliquenroblems. Motzkin und Straus [25] zeigten die Äquivalenz zwischen dem maximalen Cliquenproblem und dem standard quadratischen Problem. Auch mathematische Statistik ist ein weiteres Anwendungsgebiet von (QP), sowie eine Vielzahl von ökonomischen Modellen basieren auf (QP), z.B. das quadratische Rucksackproblem. In [5] Bomze et al. haben das standard quadratische Optimierungsproblem (StQP) in ein Copositive-Problem umformuliert. Im Folgenden wurden Algorithmen zur Lösung dieses copositiviten Problems von Bomze und de Klerk in [6] und Dür und Bundfuss in [9] entwickelt. Während die Implementierung dieser Algorithmen einige vielversprechende numerische Ergebnisse hervorbrachten, konnten die Autoren nur die copositive Neuformulierung des (StQP)s lösen. In [11] präsentierte Burer eine vollständig positive Umformulierung für allgemeine (QP)s, sogar mit binären Nebenbedingungen. Leider konnte er keine Methode zur Lösung für ein solches vollständig positives Problem präsentieren, noch wurde eine copositive Formulierung vorgeschlagen, auf die man die oben erwähnten Algorithmen modifizieren und anwenden könnte, um diese zu lösen. Diese Arbeit wird einen neuen endlichen Algorithmus zur Lösung eines standard quadratischen Optimierungsproblems aufstellen. Desweiteren werden in dieser Thesis copositve Darstellungen für ungleichungsbeschränkte sowie gleichungsbeschränkte quadratische Optimierungsprobleme vorgestellt. Für den ersten Ansatz wurde eine vollständig positive Umformulierung des (QP) entwickelt. Die copositive Umformulierung konnte durch Betrachtung des dualen Problems des vollständig positiven Problems erhalten werden. Ein direkterer Ansatz wurde gemacht, indem das Lagrange-Duale eines äquivalenten quadratischen Optimierungsproblems betrachtet wurde, das durch eine semidefinite quadratische Nebenbedingung beschränkt wurde. In diesem Zusammenhang werden Bedingungen für starke Dualität vorgeschlagen.

Die vorliegende Arbeit teilt sich in die zwei titelgebenden Themengebiete. Inhalt des ersten Teils dieser Arbeit ist die Untersuchung der Proximität, also einer gewissen Messung der Nähe, von Binomial- und Poisson-Verteilungen. Speziell wird die uniforme Struktur des Totalvariationsabstandes auf der abgeschlossenen Menge aller Binomial- und Poisson-Verteilungen charakterisiert, und zwar mit Hilfe der die Verteilungen eindeutig bestimmenden zugehörigen Erwartungswerte und Varianzen. Insbesondere wird eine obere Abschätzung des Totalvariationsabstandes auf der Menge der Binomial- und Poisson-Verteilungen durch eine entsprechende Funktion der zugehörigen Erwartungswerte und Varianzen angegeben. Der zweite Teil der Arbeit widmet sich Konfidenzintervallen für Durchschnitte von Erfolgswahrscheinlichkeiten. Eine der ersten und bekanntesten Arbeiten zu Konfidenzintervallen von Erfolgswahrscheinlichkeiten ist die von Clopper und Pearson (1934). Im Binomialmodell werden hier bei bekanntem Stichprobenumfang und Konfidenzniveau Konfidenzintervalle für die unbekannte Erfolgswahrscheinlichkeit entwickelt. Betrachtet man bei festem Stichprobenumfang statt einer Binomialverteilung, also dem Bildmaß einer homogenen Bernoulli-Kette unter der Summationsabbildung, das entsprechende Bildmaß einer inhomogenen Bernoulli-Kette, so erhält man eine Bernoulli-Faltung mit den entsprechenden Erfolgswahrscheinlichkeiten. Für das Schätzen der durchschnittlichen Erfolgswahrscheinlichkeit im größeren Bernoulli-Faltungs-Modell sind z. B. die einseitigen Clopper-Pearson-Intervalle im Allgemeinen nicht gültig. Es werden hier optimale einseitige und gültige zweiseitige Konfidenzintervalle für die durchschnittliche Erfolgswahrscheinlichkeit im Bernoulli-Faltungs-Modell entwickelt. Die einseitigen Clopper-Pearson-Intervalle sind im Allgemeinen auch nicht gültig für das Schätzen der Erfolgswahrscheinlichkeit im hypergeometrischen Modell, das ein Teilmodell des Bernoulli-Faltungs-Modells ist. Für das hypergeometrische Modell mit festem Stichprobenumfang und bekannter Urnengröße sind die optimalen einseitigen Konfidenzintervalle bekannt. Bei festem Stichprobenumfang und unbekannter Urnengröße werden aus den im Bernoulli-Faltungs-Modell optimalen Konfidenzintervallen optimale Konfidenzintervalle für das hypergeometrische Modell entwickelt. Außerdem wird der Fall betrachtet, dass eine obere Schranke für die unbekannte Urnengröße gegeben ist.

In dieser Dissertation beschäftigen wir uns mit der konstruktiven und generischen Gewinnung universeller Funktionen. Unter einer universellen Funktion verstehen wie dabei eine solche holomorphe Funktion, die in gewissem Sinne ganze Klassen von Funktionen enthält. Die konstruktive Methode beinhaltet die explizite Konstruktion einer universellen Funktion über einen Grenzprozess, etwa als Polynomreihe. Die generische Methode definiert zunächst rein abstrakt die jeweils gewünschte Klasse von universellen Funktionen. Mithilfe des Baireschen Dichtesatzes wird dann gezeigt, dass die Klasse dieser Funktionen nicht nur nichtleer, sondern sogar G_delta und dicht in dem betrachteten Funktionenraum ist. Beide Methoden bedienen sich der Approximationssätze von Runge und von Mergelyan. Die Hauptergebnisse sind die folgenden: (1) Wir haben konstruktiv die Existenz von universellen Laurentreihen auf mehrfach zusammenhängenden Gebieten bewiesen. Zusätzlich haben wir gezeigt, dass die Menge solcher universeller Laurentreihen dicht im Raum der auf dem betrachteten Gebiet holomorphen Funktionen ist. (2) Die Existenz von universellen Faberreihen auf gewissen Gebieten wurde sowohl konstruktiv als auch generisch bewiesen. (3) Zum einen haben wir konstruktiv gezeigt, dass es so genannte ganze T-universelle Funktionen mit vorgegebenen Approximationswegen gibt. Die Approximationswege sind durch eine hinreichend variable funktionale Form vorgegeben. Die Menge solcher Funktionen ist im Raum der ganzen Funktionen eine dichte G_delta-Menge. Zum anderen haben wir generisch die Existenz von auf einem beschränkten Gebiet T-universellen Funktionen bezüglich gewisser vorgegebener Approximationswege bewiesen. Die Approximationswege sind auch hier genügend allgemein.

Bei der Preisberechnung von Finanzderivaten bieten sogenannte Jump-diffusion-Modelle mit lokaler Volatilität viele Vorteile. Aus mathematischer Sicht jedoch sind sie sehr aufwendig, da die zugehörigen Modellpreise mittels einer partiellen Integro-Differentialgleichung (PIDG) berechnet werden. Wir beschäftigen uns mit der Kalibrierung der Parameter eines solchen Modells. In einem kleinste-Quadrate-Ansatz werden hierzu Marktpreise von europäischen Standardoptionen mit den Modellpreisen verglichen, was zu einem Problem optimaler Steuerung führt. Ein wesentlicher Teil dieser Arbeit beschäftigt sich mit der Lösung der PIDG aus theoretischer und vor allem aus numerischer Sicht. Die durch ein implizites Zeitdiskretisierungsverfahren entstandenen, dicht besetzten Gleichungssysteme werden mit einem präkonditionierten GMRES-Verfahren gelöst, was zu beinahe linearem Aufwand bezüglich Orts- und Zeitdiskretisierung führt. Trotz dieser effizienten Lösungsmethode sind Funktionsauswertungen der kleinste-Quadrate-Zielfunktion immer noch teuer, so dass im Hauptteil der Arbeit Modelle reduzierter Ordnung basierend auf Proper Orthogonal Decomposition Anwendung finden. Lokale a priori Fehlerabschätzungen für die reduzierte Differentialgleichung sowie für die reduzierte Zielfunktion, kombiniert mit einem Trust-Region-Ansatz zur Globalisierung liefern einen effizienten Algorithmus, der die Rechenzeit deutlich verkürzt. Das Hauptresultat der Arbeit ist ein Konvergenzbeweis für diesen Algorithmus für eine weite Klasse von Optimierungsproblemen, in die auch das betrachtete Kalibrierungsproblem fällt.

Die Ménage-Polynome (engl.: ménage hit polynomials) ergeben sich in natürlicher Weise aus den in der Kombinatorik auftretenden Ménage-Zahlen. Eine Verbindung zu einer gewissen Klasse hypergeometrischer Polynome führt auf die Untersuchung spezieller Folgen von Polynomen vom Typ 3-F-1. Unter Verwendung einer Modifikation der komplexen Laplace-Methode zur gleichmäßigen asymptotischen Auswertung von Parameterintegralen sowie einiger Hilfsmittel aus der Potentialtheorie der komplexen Ebene werden starke und schwache Asymptotiken für die in Rede stehenden Polynomfolgen hergeleitet.