Detail předmětu
Moderní numerické metody
FEKT-MKC-MNMAk. rok: 2024/2025
Předmět se zabývá vybranými numerickými metodami, které slouží k nalezení numerického řešení úlohy, kterou neumíme a nebo nejsme schopni řešit analyticky. Všechny metody jsou korektně zavedeny a ve většině případů i dokázány. Proto se nejdříve věnujeme teorii chyb, jsou zavedeny pojmy metrika a norma a jejich vztahy. Dále se věnujeme Banachově větě o pevném bodu, která je základem řady numerických metod. Vysvětlení jejího působení se provádí na soustavách lineárních algebraických rovnic. Při výkladu se začíná od finitních metod a až na ně navazují iterační metody řešení. Obdobně postupujeme i při hledání řešení nelineárních rovnic, algebraických rovnic a jejich systémů. Dále se zabýváme vlastními čísly matice a hledáním řešení počáteční a okrajové úlohy pro obyčejné diferenciální rovnice a jejich systémy a také pro parciální diferenciální rovnice druhého řádu. U každé numerické metody jsou uvedeny podmínky, které garantují konvergenci metody.
Jazyk výuky
Počet kreditů
Garant předmětu
Zajišťuje ústav
Vstupní znalosti
Pravidla hodnocení a ukončení předmětu
až 40 bodů za počítačová cvičení, které mohou získat za písemný test ( max. 10 bodů) a až 30 bodů za zpracování samostatné úlohy (max. 15 bodů za program a max. 15 bodů za prezentaci a protokol),
až 60 bodů za písemnou semestrální zkoušku. Zadání pro zkoušku obsahuje teoretické i početní úlohy, které slouží pro ověření orientace studenta v problematice numerických metod a jejich použitelnosti. Proto se často vyskytují úkoly typu „upravit do konvergenčního tvaru“, bez nutnosti dopočítávat do konce.
Počítačová cvičení jsou povinná. Řádně omluvenou neúčast lze nahradit zpracováním domácí úlohy, která je zaměřena na problematiku probíranou ve zameškaném cvičení.
Vymezení kontrolované výuky a způsob jejího provádění stanoví každoročně aktualizovaná vyhláška garanta předmětu.
Termín konání písemného testu je vyhlašován po dohodě se studenty minimálně týden před jeho konáním. Náhradní termín pro řádně omluvené studenty je obvykle v zápočtovém týdnu.
Učební cíle
Po absolvování kurzu bude student schopen:
• Pracovat s různými maticovými a vektorovými normami a provádět jejich odhady.
• Řešit systémy lineárních algebraických rovnic. Rozhodnout o tom, zda je možné daný systém řešit zadanou metodou.
• Najít kořeny nelineárních a algebraických rovnic s požadovanou přesností.
• Řešit soustavy nelineárních rovnic.
• Určit dominantní vlastní číslo matice.
• Najít všechna vlastní čísla matice. Rozhodnout o vhodnosti zadaného postupu při hledání vlastních čísel.
• Najít numerické řešení počáteční úlohy pro obyčejné diferenciální rovnice a jejich systémy s požadovanou přesností.
• Najít numerické řešení parciální diferenciální rovnice druhého řádu. Umět pracovat s hraničními a vnitřními body systému.
• Vysvětlit podstatu metody konečných prvků a umět pomocí ní řešit úlohy na počítači.
• Zvolit vhodnou metodu pro zadaný typ úlohy a odhadnout rychlost konvergence u vybraných metod.
• Určit odhad přesnosti pro některé metody.
Základní literatura
BAŠTINEC, J., Novák, M.,: Moderní numerické metody.Brno, FEKT VUT, 2014. (CS)
Doporučená literatura
Zařazení předmětu ve studijních plánech
Typ (způsob) výuky
Přednáška
Vyučující / Lektor
Osnova
- Princip numerických metod, norma, Banachova věta o pevném bodě.
- Soustavy lineárních algebraických rovnic.
- Řešení rovnic.
- Vlastní čísla a vlastní vektory.
- Soustavy nelineárních rovnic.
- Řešení obyčejných diferenciálních rovnic.
- Řešení soustav ODR.
- Řešení okrajových úloh pro ODR.
- Metoda konečných prvků pro ODR.
- Parciální diferenciální rovnice, klasifikace, transormace.
- Metoda konečných diferencí pro PDR.
- Metoda konečných prvků pro PDR.
Cvičení na počítači
Vyučující / Lektor
Osnova
- Princip numerických metod, norma, Banachova věta o pevném bodě.
- Soustavy lineárních algebraických rovnic.
- Řešení rovnic.
- Vlastní čísla a vlastní vektory.
- Soustavy nelineárních rovnic.
- Řešení obyčejných diferenciálních rovnic.
- Řešení soustav ODR.
- Řešení okrajových úloh pro ODR.
- Metoda konečných prvků pro ODR.
- Parciální diferenciální rovnice, klasifikace, transormace.
- Metoda konečných diferencí pro PDR.
- Metoda konečných prvků pro PDR.