Akademický rok 2021/2022 |
Garant: | doc. Ing. Petr Tomášek, Ph.D. | |||
Garantující pracoviště: | ÚM | |||
Jazyk výuky: | čeština | |||
Cíle předmětu: | ||||
Cílem předmětu Numerické metody I je seznámit studenty se základními numerickými metodami. V tomto kurzu se rovněž klade značný důraz na počítačovou realizaci jednotlivých metod. Studenti by měli pochopit podstatu metod a znát jejich přednosti a nedostatky. Pozornost je rovněž věnována otázkám stability a podmíněnosti jednotlivých numerických úloh. Důležitou součástí předmětu je samostatná práce na zadaných projektech. | ||||
Výstupy studia a kompetence: | ||||
Předmět Numerické metody I seznámí studenty se základní kolekcí úloh numerické matematiky. Studenti získají znalosti o přímých a iteračních metodách řešení soustav lineárních rovnic, o interpolaci, o metodě nejmenších čtverců, o numerickém derivování a integrování a o řešení nelineárních rovnic. Získané znalosti si studenti ověří a prohloubí zpracováním několika projektů. | ||||
Prerekvizity: | ||||
Diferenciální a integrální počet funkcí jedné a více proměnných. Základy lineární algebry. Základy programování v MATLABu. | ||||
Obsah předmětu (anotace): | ||||
Kurz Numerické metody I představuje první systematický výklad některých základních metod numerické matematiky jako samostatné vědní disciplíny. Získané znalosti jsou předpokladem pro úspěšné zvládnutí speciálních partií numerické matematiky, které přímo souvisejí s numerickým řešením inženýrských problémů. Hlavní témata: Přímé a iterační metody řešení soustav lineárních rovnic. Interpolace. Metoda nejmenších čtverců. Numerické derivování a integrování. Řešení nelineárních rovnic. Zvládnutí probírané látky si studenti prokáží tak, že samostatně zpracují semestrální projekt. |
||||
Metody vyučování: | ||||
Předmět je vyučován formou přednášek, které mají charakter výkladu základních principů a teorie dané disciplíny. Cvičení je zaměřeno na praktické zvládnutí látky probrané na přednáškách. | ||||
Způsob a kritéria hodnocení: | ||||
PODMÍNKY PRO UDĚLENÍ ZÁPOČTU: Účast ve cvičeních, zpracování semestrální práce a úkolů zadaných na cvičeních, ve kterých studenti zúročí poznatky získané na přednáškách. Student, který dostane zápočet, získá také bodové ohodnocení v rozsahu 0 až 30 bodů, které se mu započítá do výsledné klasifikace předmětu. ZKOUŠKA je ústní. Za zkoušku student obdrží 0 až 70 bodů. CELKOVÉ HODNOCENÍ: Výsledné bodové hodnocení je součtem bodů získaných od cvičícího (0--30) a od zkoušejícího (0--70). KLASIFIKACE: 100--90: A (výborně), 89--80: B (velmi dobře), 79--70: C (dobře), 69--60: D (uspokojivě), 59--50: E (dostatečně), 49--0: F (nevyhovující). HODNOCENÍ je plně v kompetenci zkoušejícího. Jestliže úspěšnost měříme v procentních bodech, pak je klasifikace provedena takto: 100--90: A (výborně), 89--80: B (velmi dobře), 79--70: C (dobře), 69--60: D (uspokojivě), 59--50: E (dostatečně), 49--0: F (nevyhovující). |
||||
Vymezení kontrolované výuky a způsob jejího provádění a formy nahrazování zameškané výuky: | ||||
Účast na přednáškách je žádoucí, účast ve cvičeních je povinná. Výuka probíhá podle týdenních rozvrhů. Způsob náhrady zameškané výuky je plně v kompetenci cvičícího. | ||||
Typ (způsob) výuky: | ||||
Přednáška | 13 × 2 hod. | nepovinná | ||
Cvičení s počítačovou podporou | 13 × 2 hod. | povinná | ||
Osnova: | ||||
Přednáška | 1. Úvod do problematiky numerických metod: chyby v numerických výpočtech, reprezentace čísel v počítači, podmíněnost úloh, stabilita algoritmů. 2. Gaussova eliminační metoda. LU rozklad. Výběr hlavních prvků. 3. Řešení soustav se speciálními maticemi. Stabilita a podmíněnost. Analýza chyb. 4. Klasické iterační metody: Jacobiova, Gaussova-Seidelova, SOR, SSOR. 5. Zobecněná metoda minimálních reziduí, metoda sdružených gradientů. 6. Lagrangeův, Newtonův a Hermitův interpolační polynom. Interpolace po částech lineární, po částech kubická Hermitova. 7. Kubický interpolační splajn. Metoda nejmenších čtverců: prokládání dat křivkami, řešení přeurčených soustav. 8. QR transformace a singulární rozklad v metodě nejmenších čtverců. 9. Metody ortogonalizace (Householderova, Givensova a Gramova-Schmidtova metoda). 10. Numerické derivování: základní formule, Richardsonova extrapolace. 11. Numerické integrování: Newtonovy-Cotesovy formule, Rombergova integrace, Gaussovy formule, adaptivní integrace. 12. Řešení jedné nelineární rovnice: metoda bisekce, Newtonova metoda, metoda sečen, metoda regula falsi, metoda inverzní kvadratické interpolace, metoda prosté iterace. 13. Řešení soustav nelineárních rovnic: Newtonova metoda, metoda prosté iterace. |
|||
Cvičení s počítačovou podporou | Ke každému z témat přednášky studenti sestavují programy v MATLABu a ověřují, jak metody fungují. Kromě toho studenti samostatně zpracovávají zadané projekty. | |||
Literatura - základní: | ||||
1. M.T. Heath: Scientific Computing. An Introductory Survey. Second edition. McGraw-Hill, New York, 2002. | ||||
2. C.B. Moler: Numerical Computing with Matlab, Siam, Philadelphia, 2004. | ||||
3. G. Dahlquist, A. Bjork: Numerical Methods, Prentice Hall, Inc., Englewood Cliffs, New Jersey, 1974. | ||||
4. J.H. Mathews, K.D. Fink: Numerical Methods Using MATLAB, Pearson Prentice Hall, New Jersey, 2004. | ||||
5. A. Quarteroni, R. Sacco, F. Saleri: Numerical Mathematics, Springer, Berlin, 2000 | ||||
Literatura - doporučená: | ||||
1. L. Čermák, R. Hlavička: Numerické metody, CERM, Brno, 2008. | ||||
2. L. Čermák: Vybrané statě z numerických metod. [on-line], available from: http://mathonline.fme.vutbr.cz/Numericke-metody-I/sc-1150-sr-1-a-141/default.aspx. |
Zařazení předmětu ve studijních programech: | |||||||||
Program | Forma | Obor | Spec. | Typ ukončení | Kredity | Povinnost | St. | Roč. | Semestr |
B-MAI-P | prezenční studium | --- bez specializace | -- | zá,zk | 4 | Povinný | 1 | 3 | Z |
Vysoké učení technické v Brně
Fakulta strojního inženýrství
Technická 2896/2,
616 69 Brno
IČ 00216305
DIČ CZ00216305
+420 541 141 111
+420 726 811 111 – GSM O2
+420 604 071 111 – GSM T-mobile