PMP102: Matematičke metode fizike III (79383)

 5 
ECTS
30 P + 30 PK
10% primjene e-učenja
Odjel za fiziku (Sceduly)
Nositelji: Larisa Zoranić, Petar Stipanović
Suradnici:
Ciljevi predmeta
Usvajanje znanja iz numeričkih metoda, te njihova primjena u fizici i matematici.
Uvjeti (kompetencije) za upis predmeta
Položene Opće fizike, linearna algebra, matematička analiza, programiranje u C/C++ ili Python programskom jeziku. Dakle:
Matematičke metode fizike I (odslušan)
Programiranje u struci (položen)
Programski alati u fizici (položen)
Očekivani ishodi učenja
1. Koristiti numeričke metode za rješavanje matematičkih problema kao što su interpolacija, derivacija i integracija.
2. Imati sposobnost ispravne procjene numeričkih grešaka, kriterija primjene i ograničenja nekih od numeričkih metoda.
3. Primijeniti neke od metoda rješavanja običnih i parcijalnih diferencijalnih jednadžbi koje se najčešće susreću u fizici.
4. Definirati model, napisati računalni program, napraviti simulaciju, prezentirati rezultate za neke od jednostavnijih problema u fizici.
Sadržaj predmeta
Praktične vježbe na računalu prate predavanja s istom satnicom prema sljedećem sadržaju uz primjene u fizici.
UVOD U NUMERIČKE METODE
(2h) Uvod u kolegij. Podsjetnik osnova programiranja: rekurzivne relacije, numeričke greške.
(2h) Rješavanje sustava homogenih linearnih jednadžbi metodom Gauss-Jordanove eliminacije s pivotiranjem. Tridijagonalni sustav linearnih jednadžbi.
(2h) Numeričko deriviranje.
(2h) Numeričko računanje nultočki: metoda bisekcije i Newton-Raphsonova metoda.
APROKSIMACIJA I INTERPOLACIJA
(2h) Aproksimacije i polinomna interpolacija. Lagrangeov interpolacijski polinom.
(2h) Nevillev algoritam.
(2h) Kubična spline interpolacija.
NUMERIČKA INTEGRACIJA
(2h) Newton-Cotesova kvadratura. Metoda jednakih koraka. Trapezna formula. Simpsonova formula.
(2h) Gauss-Legendrova kvadratura. Legendrovi polinomi. Laguerrovi polinomi. Hermitovi polinomi.
OBIČNE DIFERENCIJALNE JEDNADŽBE
(1h) Uvod u diferencijalne jednadžbe. Numeričko rješavanje jednadžbi gibanja.
(1h) Eulerova metoda. Prediktor-korektor metoda. Vizualizacija.
(2h) Runge-Kutta metode. Harmonijske oscilacije.
PARCIJALNE DIFERENCIJALNE JEDNADŽBE
(4h) Eksplicitna i implicitna shema. 1D difuzijska jednadžba.
(2h) Crank-Nicolsonova metoda. Valna jednadžba.
(2h) Izborna tema. Projektni zadaci.
Vrste izvođenja nastave
- Predavanja
- Seminari
- Vježbe
- Samostalni zadaci
Obveze studenata
Prisustvo i zalaganje studenata na satu, izrada zadataka na satu, izrada zadataka kod kuće.
Izrada projekta koji uključuje samostalno numeričko rješavanje nekog fizikalnog problema, pisanje izvještaja i prezentacija istog.
Praćenje rada studenata (ECTS)
- Pohađanje nastave (2)
- Praktični rad (1)
- Kolokviji (1)
- Projekt (1)
Ocjenjivanje i vrjednovanje rada studenata
Uvjeti za položeni ispit su:
- dovršeni obavezni zadaci s predavanja i vježbi,
- položeni kolokviji ili pismeni ispit;
dok se projekt radi i prezentira za višu ocjenu.
Ocjena se zaključuje prema vrednovanju zalaganja studenta na nastavi, ocjene pismenog dijela i ocjene projekta.
Obvezna literatura
[1] Morten Hjorth-Jensen: "Computational Physics", Lecture Notes, University of Oslo, 2007, 2015.
[2] W. H. Press, S. A. Teukolsky, W. T. Vetterling & B. P. Flannery: Numerical Recipes in C / C++, The Art of Scientific Computing, Cambridge, 2002, 2007. University Press
[3] K. Ćosić, P. Marendić: "Naučite programirati uz C++", Element, 2009, 2014.
[4] Leandra Vranješ Markić: "Matematičke metode fizike I", skripta, PMFST, Split, 2009
[5] Digitalni materijali s predavanja (P. Stipanović, L. Zoranić).
Izborna literatura
[6] H. J. Weber , G. B. Arfken, G. Arfken, Essential Mathematical Methods for Physicists, Academic Press, 2003.
[7] B. W. Kernighan & D. M. Ritchie "The C programing langauge", Prentice Hall, USA, 1998.
[8] Z. Drmač, V. Hari, M. Marušić, M. Rogina, S. Singer & S. Singer: Numerička analiza, skripta, PMF, Zagreb, 2003.
[9] Cplusplus.com: "C++ Language", Tutorial, http://www.cplusplus.com/doc/tutorial/
[10] Znanstveni članci.
Načini praćenja kvalitete
Nastavnici, koji imaju predmete koreliranih ishoda učenja, surađuju i zajednički vode brigu o kvaliteti nastave.
Razgovori sa studentima i praćenje njihova napretka pri rješavanju problemskih i projektnih zadataka.
Statistika ispitnih rezultata i vrednovanje uspješnosti u skladu s navedenim ishodima učenja.
Studentsko evaluiranje putem anonimne ankete koja se provodi prema pravilniku Sveučilišta u Splitu.
Izvedba
Sveučilišni prijediplomski studij
 •  Fizika (obvezni 5. sem.)
 
Napomene:
Vrste nastave (tip): (P) Predavanja; (S) Seminari; (A) Auditorne vježbe; (PK) Vježbe u praktikumu; (L) Laboratorijske vježbe; (M) Metodičke vježbe; (TJ) Vježbe tjelesnog odgoja; (T) Terenske vježbe.
Prije početka nastave moguće su rošade izvođača nastave u svrhu optimizacije opterećenja. Prikazana je testna verzija automatskog generiranja informacija.