Detail předmětu

Základy variačního počtu

Akademický rok 2023/24

NAB018 předmět zařazen v 1 studijním plánu

NPC-SIV letní semestr 1. ročník

Základy variačních metod, aplikace na řešení diferenciálních rovnic.

Garant předmětu

Zajišťuje ústav

Cíl

Seznámit studenty se základními pojmy funkcionální analýzy, které jsou potřebné pro pochopení základních principů variačního počtu a numerického řešení počátečních a okrajových úloh.

Znalosti

Studenti získají přehled o pokročilých metodách analýzy (základy funkcionální analýzy, derivace funkcionálu, věty o pevných bodech),
metodách variačního počtu a o některých metodách numerického řešení úloh pro parciální diferenciální rovnice.

Osnova

1. Lineární metrické, normované a unitární prostory. Věty o pevném bodu.
2. Lineární operátory. Pojem funkcionálu. Speciální prostory funkcí.
3. Diferenciální operátory. Počáteční a okrajové úlohy pro diferenciální rovnice.
4. První derivace funkcionálu. Potenciály některých okrajových úloh. Eulerovy nutné podmínky pro existenci lokálního extrému.
5. Druhá derivace funkcionálu. Lagrangeovy podmínky.
6. Konvexní funkcionály. Silná a slabá konvergence.
7. Klasická, minimizační a variační formulace diferenciálních problémů.
8. Primární, duální a smíšená formulace – příklady z mechaniky stavebních konstrukcí.
9. Numerické řešení počátečních úloh. Diskretizační schémata.
10. Numerické řešení okrajových úloh. Ritzova a Galerkinova metoda.
11. Metoda konečných prvků, srovnání s metodou sítí.
12. Kačanovova metoda, metoda kontrakce, metoda největšího spádu.
13. Numerické řešení obecných evolučních úloh. Plná diskretizace a semidiskretizace. Metoda přímek. Rotheho metoda časové diskretizace.
14. Přehled dalších metod: metoda hraničních prvků, metoda konečných objemů, bezsíťové přístupy. Variační nerovnosti.

Prerekvizity

Základní kurzy matematiky v BSP.

Jazyk studia

čeština

Kredity

5 kreditů

semestr

letní

Způsob a kritéria hodnocení

zápočet a zkouška

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.

Nabízet zahraničním studentům

Nenabízet

Předmět na webu VUT

Přednáška

13 týdnů, 2 hod./týden, nepovinné

Osnova

1. Lineární metrické, normované a unitární prostory. Věty o pevném bodu. 2. Lineární operátory. Pojem funkcionálu. Speciální prostory funkcí. 3. Diferenciální operátory. Počáteční a okrajové úlohy pro diferenciální rovnice. 4. První derivace funkcionálu. Potenciály některých okrajových úloh. Eulerovy nutné podmínky pro existenci lokálního extrému. 5. Druhá derivace funkcionálu. Lagrangeovy podmínky. 6. Konvexní funkcionály. Silná a slabá konvergence. 7. Klasická, minimizační a variační formulace diferenciálních problémů. 8. Primární, duální a smíšená formulace – příklady z mechaniky stavebních konstrukcí. 9. Numerické řešení počátečních úloh. Diskretizační schémata. 10. Numerické řešení okrajových úloh. Ritzova a Galerkinova metoda. 11. Metoda konečných prvků, srovnání s metodou sítí. 12. Kačanovova metoda, metoda kontrakce, metoda největšího spádu. 13. Numerické řešení obecných evolučních úloh. Plná diskretizace a semidiskretizace. Metoda přímek. Rotheho metoda časové diskretizace. 14. Přehled dalších metod: metoda hraničních prvků, metoda konečných objemů, bezsíťové přístupy. Variační nerovnosti.

Cvičení

13 týdnů, 2 hod./týden, povinné

Osnova

Navazuje přímo na jednotlivé přednášky. 1. Lineární metrické, normované a unitární prostory. Věty o pevném bodu. 2. Lineární operátory. Pojem funkcionálu. Speciální prostory funkcí. 3. Diferenciální operátory. Počáteční a okrajové úlohy pro diferenciální rovnice. 4. První derivace funkcionálu. Potenciály některých okrajových úloh. Eulerovy nutné podmínky pro existenci lokálního extrému. 5. Druhá derivace funkcionálu. Lagrangeovy podmínky. 6. Konvexní funkcionály. Silná a slabá konvergence. 7. Klasická, minimizační a variační formulace diferenciálních problémů. 8. Primární, duální a smíšená formulace – příklady z mechaniky stavebních konstrukcí. 9. Numerické řešení počátečních úloh. Diskretizační schémata. 10. Numerické řešení okrajových úloh. Ritzova a Galerkinova metoda. 11. Metoda konečných prvků, srovnání s metodou sítí. 12. Kačanovova metoda, metoda kontrakce, metoda největšího spádu. 13. Numerické řešení obecných evolučních úloh. Plná diskretizace a semidiskretizace. Metoda přímek. Rotheho metoda časové diskretizace. 14. Přehled dalších metod: metoda hraničních prvků, metoda konečných objemů, bezsíťové přístupy. Variační nerovnosti.