• A
  • A
  • A
  • АБВ
  • АБВ
  • АБВ
  • А
  • А
  • А
  • А
  • А
Обычная версия сайта

Численно-аналитические методы моделирования

2020/2021
Учебный год
RUS
Обучение ведется на русском языке
8
Кредиты
Статус:
Курс по выбору
Когда читается:
4-й курс, 1, 2 модуль

Преподаватель

Программа дисциплины

Аннотация

Настоящая программа учебной дисциплины устанавливает минимальные требования к знаниям и умениям студента и определяет содержание и виды учебных занятий и отчетности. Программа предназначена для преподавателей, ведущих данную дисциплину, учебных ассистентов и студентов по бакалаврской программе «Прикладная математика», изучающих дисциплину «Численно-аналитические методы моделирования». Курс включает основные сведения, необходимые для реализации полного цикла построения математических моделей, от математической постановки задачи до разработки программного обеспечения. Программа разработана в соответствии с федеральным государственным образовательным стандартом высшего образования по направлению подготовки 01.03.04 Прикладная математика (уровень бакалавриат).
Цель освоения дисциплины

Цель освоения дисциплины

  • Обеспечение усвоения студентами основных понятий и терминов вычислительной математики.
  • Формирование у студентов знаний и навыков, необходимых для понимания и решения задач численного анализа.
  • Обучение студентов грамотно классифицировать типы вычислительных процессов.
Планируемые результаты обучения

Планируемые результаты обучения

  • Знать постановку основных начально-краевых задач теории обыкновенных дифференциальных уравнений и уравнений математической физики на отрезке (задачи Коши для системы дифференциальных уравнений первого порядка; краевой задачи для дифференциального уравнения второго порядка и задачи Коши для уравнения теплопроводности)
  • Знать основные конечно-разностные схемы, используемые для решения начальных и краевых задач теории обыкновенных дифференциальных уравнений и уравнений математической физики
  • Знать основные методы решения линейных алгебраических систем, соответствующих конечно-разностным аппроксимациям и схемам, (прямые и итерационные методы)
  • Знать основные понятия разностных методов (аппроксимация, устойчивость, сходимость)
Содержание учебной дисциплины

Содержание учебной дисциплины

  • Векторно-матричные методы численного анализа на линейных пространствах
    Пространство полиномов, интерполяционные полиномы Лагранжа. Сплайны первого порядка, пространства дифференцированных функций с краевыми условиями. Линейные операторы. Пространство линейных операторов. Операторы обыкновенных дифференциальных уравнений n-ой степени с постоянными коэффициентами и однородными начальными условиями Коши. Операторный полином. Теорема Гамильтона-Кэли и вычисление обратной матрицы. Факторизация операторов. Разложение операторного полинома на множители. Метод Лобатто. Матричный метод Краута. Метод Холецкого. Прогонка.
  • Векторно-матричные методы численного анализа на нормированных пространствах
    Нормированные и евклидовы пространства. Аддитивная и мультипликативная норма. Нормы в векторном пространстве и пространстве матриц. Спектральная норма. Эквивалентность норм. Согласованная и подчинённая норма в пространстве ограниченных операторов. Евклидовы и энергетические нормы на абстрактных евклидовых пространствах и алгебрах. Энергетическая норма в конечномерном векторном пространстве. Неравенство Фридрихса. Сходимость по норме. Ряды в полных нормированных пространствах. Базисы Шаудера и ортогональные базисы. Матричные степенные ряды, сходящиеся по норме. Теорема Кэли Гамильтона и представление суммы сходящегося матричного степенного ряда интерполяционным многочленом Лагранжа-Сильвестра. Матричная экспонента. Метод представления экспоненциала матричным полиномом. Матричный ряд Неймана. Принцип сжимающих отображений. Решение систем линейных алгебраических и дифференциальных уравнений. Метод Лагранжа-Лиувилля.
  • Численные и аналитические методы решения эволюционных и стационарных задач в нормированных пространствах
    Ортогональный базис операторов Штурма-Лиувилля и матричного оператора. Проекционный метод Фурье. Решение системы линейных алгебраических уравнений. Решение системы дифференциальных уравнений первого порядка.
  • Специальные вычислительные методы решения эволюционных и стационарных задач с симметричными и положительно определёнными операторами
    Сведение дифференциального уравнения n-го порядка к системе линейных уравнений первого порядка. Явные и неявные разностные схемы решения систем линейных дифференциальных уравнений. Схемы Эйлера, Кранка-Никольсон, Рунге-Кутта, Хойна. Сопоставление разрешающего оператора разностной схемы с матричным экспоненциалом. Принцип стационирования. Устойчивость по Ляпунову. Схема Ричардсона. Методы Якоби и Зейделя. Разностные схемы уравнения теплопроводности.
Элементы контроля

Элементы контроля

  • неблокирующий самостоятельная работа №1
  • неблокирующий самостоятельная работа №2
  • неблокирующий аудиторный опрос
  • неблокирующий экзамен
  • неблокирующий самостоятельная работа №1
  • неблокирующий самостоятельная работа №2
  • неблокирующий аудиторный опрос
  • неблокирующий экзамен
Промежуточная аттестация

Промежуточная аттестация

  • Промежуточная аттестация (2 модуль)
    0.1 * аудиторный опрос + 0.1 * самостоятельная работа №1 + 0.1 * самостоятельная работа №2 + 0.7 * экзамен
Список литературы

Список литературы

Рекомендуемая основная литература

  • Вычислительные методы для инженеров : учеб. пособие для вузов, Амосов, А. А., 2003
  • Численные методы : учеб. пособие для вузов, Калиткин, Н. Н., 2011

Рекомендуемая дополнительная литература

  • Введение в вычислительную математику : учеб. пособие для вузов, Рябенький, В. С., 2008
  • Методы вычислительной математики : учеб. пособие, Марчук, Г. И., 2009
  • Основы численных методов : учебник для вузов, Вержбицкий, В. М., 2002
  • Численные методы : учеб. пособие для вузов, Бахвалов, Н. С., 2002