Добавил:
Опубликованный материал нарушает ваши авторские права? Сообщите нам.
Вуз: Предмет: Файл:

Программа - Андронов

.pdf
Скачиваний:
17
Добавлен:
22.08.2013
Размер:
110.78 Кб
Скачать

Приложение 3.1

Министерство образования Российской Федерации

Санкт - Петербургский государственный университет

Физический факультет

Рассмотрено и рекомендовано

УТВЕРЖДАЮ

на заседании кафедры

декан факультета

вычислительной физики

________________А. С. Чирцов

протокол от _20.05.03_ № _5__

 

Заведующий кафедрой

 

______________И.В. Комаров____

 

ПРОГРАММА УЧЕБНОЙ ДИСЦИПЛИНЫ

ЕН.04 "Методы вычислительной физики" Специальность 510400 “Физика”

Разработчик:

доцент, канд.физ.-мат.наук _________________ И. В. Андронов

Рецензент:

Санкт - Петербург - 2003 г.

1.Организационно-методический раздел

1.1.Цель изучения дисциплины: Обучение студентов методам вычислительной физики; подготовка к практическому применению вычислительных методов к конкретным физическим задачам.

1.2.Задачи курса: Продолжение изучение основных разделов численных методов для математических задач, изучаемых в математических дисциплинах на 3 и 4 курсе.

1.3.Место курса в профессиональной подготовке выпускника:

Дисциплина “Методы вычислительной физики” является базовой в подготовке профессионального физика, которому в дальнейшем придется проводить расчеты задач по специализации.

1.4.Требования к уровню освоения дисциплины ЕН.04 - "Методы вычислительной физики"

-

знать содержание дисциплины "Методы вычислительной физи-

 

ки" и иметь достаточно полное представление о возможностях применения его

 

разделов в различных прикладных областях науки и техники;

-

уметь правильно выбрать численный метод для решения крае-

 

вых задач для обыкновенных дифференциальных уравнений и уравнений в ча-

 

стных производных, для решения интегральных уравнений, владеть методом

 

Ньютона для операторных уравнений, иметь понятие о некорректных задачах и

 

методах их регуляризации;

-

иметь практические навыки применения численных методов к

 

конкретным задачам.

2. Объем дисциплины, виды учебной работы, форма текущего, промежуточного и итогового контроля

Всего аудиторных занятий

36

часов

из них: - лекций

 

36 часов

- практические занятия

15

часов

Самостоятельная работа студента (в том числе

на курсовую работу по дисциплине)

51

час

Итого (трудоемкость дисциплины)

Изучение дисциплины по семестрам:

7 семестр: лекции - 36 ч., практические занятия – 0 ч.,

зачет.

3.Содержание дисциплины

3.1.1. Темы дисциплин, их краткое содержание и виды занятий

7 - й семестр

I. Вычислительные методы для спектральных задач линейной алгебры: 6 ч. лекций

Постановка задачи. Основные сведения о собственных числах. Метод простой итерации, обратные итерации, обратные итерации со сдвигом. Метод вращений Якоби. Сведение симметричной матрицы к трехдиагональному виду методом Хаусхолдера.

При наличии по дисциплине курсовой работы, в разделе "Самостоятельная работа" указывается среднее, ориентировочное время, необходимое студенту на выполнение курсовой работы.

II.Сплайны: 8 ч. лекций

Полиномиальные сплайны. Базисные сплайны, свойство минимальности носителя. Интерполяционные сплайны S32 (Эрмитовы кубические сплайны), погрешность интерполяции. Интерполяционные сплайны S31, погрешность интерполяции. Сплайны двух переменных.

III.Вычислительные методы для решения краевых задач для обыкновенных дифференциальных уравнений: 4 ч. лекций

Постановка краевой задачи. Метод стрельбы (напоминание). Сеточные методы, метод Нумерова, погрешность. Метод сплайн-коллокации, оценка погрешности. Вариационные методы: метод наименьших квадратов и метод Ритца, использование базисных сплайнов.

IV. Вычислительные методы для дифференциальных уравнений в частных производных: 8 ч. лекций

Общие сведения о сеточных методах, шаблон, погрешность, устойчивость. Сеточные методы для дифференциальных уравнений параболического типа, явная, неявная и смешаная схемы. Экономичные разностные схемы, метод расщепления.

Сеточные методы для уравнений эллиптического типа. Аппроксимация краевых условий. Матричный метод прогонки для блочно-трех-диагональных матриц. Метод установления, оптимальный выбор шага.

Методы для гиперболических уравнений. Сеточный метод, устойчивость. Метод характеристик.

V.Вычислительные методы для интегральных уравнений: 2 ч. лекций

Интегральные уравнения Фредгольма 2-го рода. Метод механических квадратур. Метод коллокаций. Метод Галеркина.

VI. Некорректные задачи: 3 ч. лекций

Корректные и некорректные задачи, псевдорешение, нормальное псевдорешение, стабилизатор. Регуляризация некорректных задач в линейной алгебре. Регуляризация интегральных уравнений Фредгольма 1-го рода.

VII. Операторные методы: 3 ч. лекций

Дискретное и быстрое преобразование Фурье. Операторный метод Ньютона, теорема о сходимости. Применение операторного метода Ньютона к задаче Штурма-Лиувилля.

VIII. Методы ускорения сходимости: 2 ч. лекций

Связь методы ускорения сходимости последовательностей и методов ускорения сходимости рядов. Интерполяционные методы. Метод Эйткена.

3.6.Примерный перечень вопросов к зачету по всему курсу

Метод простых итераций, обратных итераций, обратных итераций со сдвигом

Итерационный метод вращений

Преобразование Хаусхолдера, вычисление определителя трех-диагональной матрицы

Пространство сплайнов, Базисные сплайны, свойство минимальности носителя

Интерполяционные сплайны $S_{3,2}$, погрешность интерполяции

Интерполяционные сплайны $S_{3,1}$, погрешность интерполяции

Метод сеток, метод Нумерова, погрешность

Метод сплайн-коллокации, оценка сходимости

Метод наименьших квадратов, проекционный метод Ритца, использование базисных сплайнов

Сеточные методы для уравнений в частных производных, аппроксимация дифференциального оператора, шаблон

Сеточные методы для параболических уравнений, устойчивость методов

Экономичные разностные схемы, метод расщепления

Сеточные методы для эллиптических уравнений, аппроксимация краевых условий

Метод матричной прогонки в применении к сеточным методам для эллиптических уравнений

Методы установления, выбор оптимального шага

Разностные схемы для уравнений гиперболического типа, устойчивость

Метод характеристик

Метод квадратурных формул для интегральных уравнений

Метод коллокаций для интегральных уравнений

Метод Галеркина

Псевдорешение, нормальное псевдорешение, построение нормального псевдорешения для систем линейных уравнений

Интегральные уравнения Фредгольма первого рода

Преобразование Фурье

Метод Ньютона для операторных уравнений

Ускорение сходимости. Интерполяционный метод

Преобразование Эйткена

.

.

4. Учебно-методическое обеспечение курса

4.1.Перечень обучающих, контролирующих и расчетных программ, диафильмов, слайдфильмов, кино и видиофильмов

4.2.Активные методы обучения

Вданном курсе используются классические аудиторные методы.

4.3.Материальное обеспечение дисциплины, технические средства обучения и кон-

троля

Стандартно оборудованные лекционные аудитории.

4.7.Литература

4.7.1.Основная

1.Крылов В.И., Бобков В.В., Монастырский П.И. ``Вычислительные методы II тома'', Москва: Наука 1977г.

2.Завьялов Ю.С., Квасов Б.И., Мирошниченко В.Л. ``Методы сплайн-функций'', Москва: Наука 1980г.

3.Тихонов А.Н., Арсенин В.Я.

``Методы решения некорректных задач'', Наука 1979г.

4.7.2. Дополнительная

Соседние файлы в предмете Численные методы