Detail předmětu

Matematika 5 (M)

CA003 předmět zařazen ve 3 studijních plánech

Ing. prez. program nC > M povinný zimní semestr 1. ročník 4 kredity

Ing. kombin. program nCK > M povinný zimní semestr 1. ročník 4 kredity

Ing. prez. program nCA > M povinný zimní semestr 1. ročník 4 kredity

Interpolace a aproximace funkcí. Numerické řešení algebraických rovnic a jejich soustav. Numerické derivování a integrování. Analýza závislostí, regresní analýza. Numerické řešení stacionárních a nestacionárních okrajových a počátečních úloh pro diferenciální rovnice s aplikacemi ve stavebním inženýrství. Přímé, citlivostní a inverzní úlohy.

Garant předmětu

prof. Ing. Jiří Vala, CSc.

Zajišťuje ústav

Ústav matematiky a deskriptivní geometrie

Výsledky učení předmětu

Pochopit základní principy numerických deterministických i stochastických výpočtů. Pochopit princip iteračních metod řešení rovnice f(x)=0 a systémů lineárních algebraických rovnic, zvládnout výpočetní algoritmy. Seznámit se s problematikou interpolace a aproximace funkcí a naučit se úlohy prakticky řešit. Znát principy numerické derivace a umět numericky řešit okrajové úlohy pro obyčejné diferenciální rovnice. Naučit se numerickým výpočtům integrálů. Být schopen aplikovat tyto znalosti na konkrétní přímé, citlivostní a inverzní inženýrské úlohy.

Prerekvizity

Základy numerické matematiky, pravděpodobnosti a statistiky v aplikaci na technické problémy.

Plánované vzdělávací činnosti a výukové metody

Metody vyučování závisejí na způsobu výuky a jsou popsány článkem 7 Studijního a zkušebního řádu VUT - přednášky, cvičení.

Způsob a kritéria hodnocení

Úspěšné absolvování naplánovaných kontrolních testů a odevzdání individuálních domácích úloh uložených učitelem. Nejsou povoleny neomluvené neúčasti studentů ve cvičení. Zkouška ve formě písemného testu.

Cíl

Studenti získají základní znalosti numerické matematiky, pravděpodobnosti a statistiky v aplikaci na technické problémy s důrazem na materiálové inženýrství.

Vymezení kontrolované výuky a způsob jejího provádění a formy nahrazování zameškané výuky

Vymezení kontrolované výuky a způsob jejího provádění stanoví každoročně aktualizovaná vyhláška garanta předmětu.

Přednáška

2 hod./týden, 13 týdnů, nepovinné

Osnova přednášek

1. Matematické modelování. Deterministické a stochastické modely. Chyby v numerických výpočtech.
2. Lagrangovská a hermitovská interpolace funkcí. Interpolační funkce, zvláště polynomy a splajny.
3. Numerické řešení lineárních a nelineárních algebraických rovnic a jejich soustav.
4. Numerické derivování a integrování.
5. Formulace a numerické řešení přímých problémů s diferenciálními a integrálními rovnicemi.
6. Metody konečných diferencí, prvků a objemů pro stacionární úlohy.
7. Metody přímek a časové diskretizace (Rotheho posloupností) pro nestacionární úlohy.
8. Statistické testy, analýza závislostí, fuzzy modely.
9. Lineární regresní analýza. Metoda nejmenších čtverců.
10. Nelineární regresní analýza.
11. Citlivostní analýza. Aplikace na šíření nejistot měření a odhady životnosti konstrukcí.
12. Inverzní analýza. Aplikace na určování materiálových parametrů z experimentů.
13. Aplikace na aktuální inženýrské problémy.

Cvičení

1 hod./týden, 13 týdnů, povinné

Osnova cvičení

Navazuje přímo na jednotlivé přednášky:
1. Matematické modelování. Deterministické a stochastické modely. Chyby v numerických výpočtech.
2. Lagrangovská a hermitovská interpolace funkcí. Interpolační funkce, zvláště polynomy a splajny.
3. Numerické řešení lineárních a nelineárních algebraických rovnic a jejich soustav.
4. Numerické derivování a integrování.
5. Formulace a numerické řešení přímých problémů s diferenciálními a integrálními rovnicemi.
6. Metody konečných diferencí, prvků a objemů pro stacionární úlohy.
7. Metody přímek a časové diskretizace (Rotheho posloupností) pro nestacionární úlohy.
8. Statistické testy, analýza závislostí, fuzzy modely.
9. Lineární regresní analýza. Metoda nejmenších čtverců.
10. Nelineární regresní analýza.
11. Citlivostní analýza. Aplikace na šíření nejistot měření a odhady životnosti konstrukcí.
12. Inverzní analýza. Aplikace na určování materiálových parametrů z experimentů.
13. Aplikace na aktuální inženýrské problémy.