Γενικά
| Σχολή
|
Σχολή Θετικών Επιστημών
|
| Τμήμα
|
Τμήμα Μαθηματικών
|
| Επίπεδο Σπουδών
|
Προπτυχιακό
|
| Κωδικός Μαθήματος
|
MAE882
|
| Εξάμηνο
|
8
|
| Τίτλος Μαθήματος
|
ΑΡΙΘΜΗΤΙΚΗ ΕΠΙΛΥΣΗ ΔΙΑΦΟΡΙΚΩΝ ΕΞΙΣΩΣΕΩΝ ΜΕ ΜΕΡΙΚΕΣ ΠΑΡΑΓΩΓΟΥΣ
|
| Αυτοτελείς Διδακτικές Δραστηριότητες
|
Διαλέξεις (Εβδομαδιαίες Ώρες Διδασκαλίας: 3, Πιστωτικές Μονάδες: 6)
|
| Τύπος Μαθήματος
|
Ειδίκευσης
|
| Προαπαιτούμενα Μαθήματα
|
|
| Γλώσσα Διδασκαλίας και Εξετάσεων
|
Ελληνική
|
| Το Μάθημα Προσφέρεται σε Φοιτητές Erasmus
|
Ναι (στην Αγγλική γλώσσα)
|
| Ηλεκτρονική Σελίδα Μαθήματος (URL)
|
Δείτε το eCourse, την Πλατφόρμα Ασύγχρονης Εκπαίδευσης του Πανεπιστημίου Ιωαννίνων.
|
Μαθησιακά Αποτελέσματα
| Μαθησιακά Αποτελέσματα
|
Το μάθημα είναι μια εισαγωγή στις βασικές αριθμητικές μεθόδους για την επίλυση Μερικών Διαφορικών Εξισώσεων (Μ.Δ.Ε.). Μετά την επιτυχή ολοκλήρωση του μαθήματος οι φοιτητές θα μπορούν να:
- περιγράφουν και να εφαρμόζουν βασικές μεθόδους προσέγγισης της λύσης προβλημάτων συνοριακών ή και αρχικών τιμών για ενδεικτικές μερικές διαφορικές εξισώσεις, όπως η Laplace και η εξίσωση θερμότητας.
- εφαρμόζουν βασικές τεχνικές ανάλυσης μεθόδων πεπερασμένων διαφορών και πεπερασμένων στοιχείων.
- να γνωρίζουν για μια μέθοδο τη βέλτιστη τάξη ακρίβειάς της καθώς και τους περιορισμούς που μπορεί να απαιτούνται στις παραμέτρους διακριτοποίησης με στόχο την εξασφάλιση της ευστάθειάς της.
- να υλοποιούν μεθόδους πεπερασμένων διαφορών και πεπερασμένων στοιχείων (σε Octave ἠ Python) και να υπολογίζουν την πειραματική τάξη σύγκλισής τους.
|
| Γενικές Ικανότητες
|
- Αναζήτηση, ανάλυση και σύνθεση δεδομένων και πληροφοριών, με τη χρήση και των απαραίτητων τεχνολογιών
- Προσαρμογή σε νέες καταστάσεις
- Λήψη αποφάσεων.
- Αυτόνομη εργασία.
- Εργασία σε διεπιστημονικό περιβάλλον.
- Προαγωγή της ελεύθερης, δημιουργικής και επαγωγικής σκέψης.
- Προαγωγή της αναλυτικής και συνθετικής σκέψης.
|
Περιεχόμενο Μαθήματος
- Προσέγγιση παραγώγων με πεπερασμένες διαφορές.
- Το πρόβλημα δύο σημείων. Συνοριακές συνθήκες Dirichlet, Neumann, και Robin.
- Διακριτοποίηση του προβλήματος δύο σημείων με μεθόδους πεπερασμένων διαφορών. Συνέπεια και ευστάθεια των αριθμητικών μεθόδων. Η μέθοδος της ενέργειας. Τάξη ακρίβειας και σύγκλιση.
- Εισαγωγή στη μέθοδο των πεπερασμένων στοιχείων για τη λύση του προβλήματος δύο σημείων. Εκ των προτέρων και εκ των υστέρων εκτιμήσεις του σφάλματος. Υλοποίηση της μεθόδου πεπερασμένων στοιχείων.
- Μέθοδοι πεπερασμένων διαφορών και πεπερασμένων στοιχείων για την εξίσωση της θερμότητας. Η άμεση και η πεπλεγμένη μέθοδος του Euler. Η μέθοδος των Crank-Nicolson.
- Η μέθοδος των πεπερασμένων στοιχείων για ελλειπτικές και παραβολικές εξισώσεις σε πολλές διαστάσεις.
Διδακτικές και Μαθησιακές Μέθοδοι - Αξιολόγηση
| Τρόπος Παράδοσης
|
Πρόσωπο με πρόσωπο.
|
| Χρήση Τεχνολογιών Πληροφορίας και Επικοινωνιών
|
- Xρήση ταμπλέτας για την παράδοση διδασκαλίας. Οι σημειώσεις από την τάξη γίνονται διαθέσιμες σε μορφή pdf στο ecourse.
- Παροχή υλικού μελέτης μέσω του ecourse.
- Παροχή πρότυπων λύσεων κάποιων ασκήσεων σε μορφή podcast.
- Επικοινωνία με τους φοιτητές χρησιμοποιώντας e-mail, και τις πλατφόρμες ecourse και MTeams.
- Εργαστήριο προγραμματισμού με αντικείμενο την υλοποίηση αλγορίθμων σε ηλεκτρονικό υπολογιστή (σε Octave ή Python).
|
| Οργάνωση Διδασκαλίας
|
| Δραστηριότητα
|
Φόρτος Εργασίας Εξαμήνου
|
| Διαλέξεις (13Χ3)
|
39
|
| Αυτοτελής Μελέτη
|
75
|
| Καθοδηγούμενη μελέτη ασκήσεων
|
6
|
| Μη καθοδηγούμενη μελέτη ασκήσεων
|
30
|
| Σύνολο Μαθήματος
|
150
|
|
| Αξιολόγηση Φοιτητών
|
- Εργαστηριακές ασκήσεις με προφορική εξέταση. (35% του τελικού βαθμού, κάλυψη μαθησιακών αποτελεσμάτων 2 και 4).
- Γραπτή εξέταση στο τέλος του εξαμήνου. (65% του τελικού βαθμού, κάλυψη μαθησιακών αποτελεσμάτων 1-3).
|
Συνιστώμενη Βιβλιογραφία
Δείτε την υπηρεσία Εύδοξος ή το τοπικό αποθετήριο του Τμήματος Μαθηματικών για τα παρεχόμενα συγγράμματα ανά ακαδημαϊκό έτος. Συγγράμματα και άλλες πηγές εκτός της υπηρεσίας Εύδοξος:
- “Αριθμητική επίλυση μερικών διαφορικών εξισώσεων”, Π. Χατζηπαντελίδης, & Μ. Πλεξουσάκης, Κάλλιπος, (2015). http://hdl.handle.net/11419/665
- “Αριθμητικές Μέθοδοι για Συνήθεις Διαφορικές Εξισώσεις”, Γ. Δ. Ακρίβης, & Β. Α. Δουγαλής., Πανεπιστημιακές Εκδόσεις Κρήτης, Ηράκλειο, 2η έκδοση, 2013.
- “The mathematical theory of finite element methods”, S. C. Brenner & L. R. Scott (Third ed., Vol. 15), Springer, New York, 2008.
- “Partial differential equations with numerical methods”, S. Larsson, & V. Thomée, Springer-Verlag, Berlin, 2009.