Einführung Theorie und Numerik partieller Differenzialgleichungen

Zeit/Ort: Mo, Mi 14–16 Uhr, HS II, Albertstr. 23b
Dozent: Prof. Dr. S. Bartels
Sprechstunde Dozent: Mi 12–13 Uhr, Zi. 209, Hermann-Herder-Str. 10, u. n. V.
Tutorium: Alexis Papathanassopoulos
Sprechstunde Assistent: Di, 11 - 12 Uhr, Zi. 208, Hermann-Herder-Str. 10, u. n. V.
Praktikum Marijo Milicevic
Sprechstunde Assistent: Di, 11 - 12 Uhr, Zi. 211, Hermann-Herder-Str. 10, u. n. V.

Aktuelles

Die Ergebnisse der Nachklausur sind hier abrufbar.

Inhalte

Die Vorlesung beschäftigt sich mit der numerischen Approximation von Lösungen linearer partieller Differenzialgleichungen. Der Schwerpunkt liegt dabei auf der Behandlung des Poisson-Problems mit der Methode der Finiten Elemente. Diese Differenzialgleichung beschreibt stationäre Wärmeverteilungen und Diffusionsprozesse und ist wesentlicher Bestandteil vieler mathematischer Beschreibungen realer Vorgänge. Die numerische Lösung basiert auf einer Variationsformulierung und einer Zerlegung des physikalischen Gebiets in Dreiecke oder Tetraeder. Damit wird ein kontinuierliches, unendlich-dimensionales Problem durch ein endlich-dimensionales lineares Gleichungssystem approximiert, welches effizient am Rechner gelöst werden kann. Die Exaktheit der Approximation in Abhängigkeit der analytischen Eigenschaften der kontinuierlichen Lösung und die iterative Lösung des linearen Gleichungssystems sind Schwerpunkte der Vorlesung. Im begleitenden praktischen Übung werden die theoretischen Ergebnisse experimentell verifiziert. Die Vorlesung ist so konzipiert, dass auch Lehramtsstudenten, die die Vorlesung Mehrfachintegrale gehört haben, daran teilnehmen können.

In der praktischen Übung zur Vorlesung sollen die in der Vorlesung entwickelten und analysierten Algorithmen praktisch umgesetzt und getestet werden. Dies wird in der Programmiersprache C sowie mit Hilfe der kommerziellen Software MATLAB zur Lösung und Visualisierung mathematischer Probleme geschehen. Elementare Programmierkenntnisse werden vorausgesetzt.

Studienleistung/Prüfungsleistung

Studienleistung Vorlesung:

1. Erreichen von mind. 50% der zu vergebenden Punkte.

2. Regelmässige aktive Teilnahme an den Übungsgruppen (höchstens zweimaliges Fehlen) und mindestens einmal vorrechnen, sowie jeder Aufforderung dazu seitens des Tutors nachzukommen.

Prüfungsleistung Vorlesung:

Bestehen der Klausur am Ende des Semesters.

Studienleistung Praktikum:

1. Erreichen von mind. 50% der zu vergebenden Punkte.

2. Regelmässige aktive Teilnahme am Praktikum (höchstens zweimaliges Fehlen). Insbesondere sollten Sie in der Lage sein, Ihre Programmcodes auf Nachfrage im Praktikum zu erläutern.

Notwendige Vorkenntnisse:

Vorlesungen Numerik und Mehrfachintegrale bzw. Analysis III.

Übungsblätter

Blatt Ausgabe Abgabe
Blatt 1 17.10.2016 24.10.2016, 14 Uhr
Blatt 2 24.10.2016 31.10.2016, 14 Uhr
Blatt 3 31.10.2016 7.11.2016, 14 Uhr
Blatt 4 7.11.2016 14.11.2016, 14 Uhr
Blatt 5 14.11.2016 21.11.2016, 14 Uhr
Blatt 6 21.11.2016 28.11.2016, 14 Uhr
Blatt 7 28.11.2016 5.12.2016, 14 Uhr
Blatt 8 5.12.2016 12.12.2016, 14 Uhr
Blatt 9 12.12.2016 19.12.2016, 14 Uhr
Blatt 10 * 19.12.2016 9.01.2017, 14 Uhr
Blatt 11 9.01.2017 16.01.2017, 14 Uhr
Blatt 12 16.01.2017 23.01.2017, 14 Uhr
Blatt 13 23.1.2017 30.01.2017, 14 Uhr
Blatt 14 ** 30.1.2017 6.02.2017, 14 Uhr

* = nur Quizaufgaben, ** = wird nicht bewertet

Praktikumsprojekte

Die Abgabe Ihrer Lösungen soll per E-Mail an den Tutor erfolgen. Dabei ist der E-Mail die entsprechende MATLAB-Datei anzuhängen.

Projekt Ausgabe Abgabe
Projekt 1 19.10.2016 02.11.2016, 14 Uhr
Projekt 2 02.11.2016 16.11.2016, 14 Uhr
Projekt 3 16.11.2016 30.11.2016, 14 Uhr
Projekt 4 30.11.2016 14.12.2016, 14 Uhr
Projekt 5 14.12.2016 18.01.2017, 14 Uhr
Projekt 6 18.01.2017 01.02.2017, 14 Uhr
Projekt 7 * 01.02.2017 08.02.2017, 14 Uhr

* = wird nicht bewertet

Korrekturen

Blatt 1, Aufgabe 2: Auf der rechten Seite fehlt der Faktor 1/2.

Blatt 1, Aufgabe 3 (i): Im Exponenten der e-Funktion sollte l anstelle von k stehen.

Blatt 5, Aufgabe 4: Auf der rechten Seite der ersten Gleichung sollte (1/2) d_t^- (d_t^+ U_j^k)^2 stehen (vgl. Skript S. 43).

Blatt 8, Aufgabe 4 (i): Auf der rechten Seite der zweiten Identität fehlt eine Ableitung nach r.

Anmeldung/Organisatorisches

Die Anmeldung zu den Übungsgruppen erfolgt in der ersten Woche in der Vorlesung, kann aber auch durch eine Email an den Assistenten erfolgen.

Literatur

Termine

  Termin Uhrzeit Ort
Anmeldung Übungsgruppen 17.10.2016 --- Vorlesung und per Email
Erfassung Studienleistung Februar 2017 --- ---
Klausur Freitag,17.02.2017 10:00 - 12:00 Uhr Hörsaal Rundbau
Klausureinsicht Montag, 06.03.2017 15:00 - 16:00 Uhr Raum 226 im RZ
Nachklausur Sa., 29.04.2017 10:00 - 12:00 Uhr vss. Raum 226 im RZ
Einsicht Nachklausur Mi., 3.5.2017 14:00 - 15:00 Uhr Raum 208

Übungsgruppen

Gruppe Tutor Zeit/Ort
1 M. Huber Mi 10:00 - 12:00 Uhr; RZ in der Hermann-Herder-Str. 10 (Raum 226)
2 M. Michalek Do 10:00 - 12:00 Uhr; RZ in der Hermann-Herder-Str. 10 (Raum 226)

Praktikum

Gruppe Tutor Zeit/Ort
1 J. Keck Do 16:00 - 18:00 Uhr; RZ in der Hermann-Herder-Str. 10 (CIP-Pool Raum 201)