Philipp Grohs: Katalogdaten im Frühjahrssemester 2016

NameHerr Dr. Philipp Grohs
URLhttp://www.sam.math.ethz.ch/~pgrohs
DepartementMathematik
BeziehungDozent

NummerTitelECTSUmfangDozierende
401-2654-00LNumerical Analysis II6 KP3V + 2UP. Grohs
KurzbeschreibungThe central topic of this course is the numerical treatment of ordinary differential equations. It focuses on the derivation, analysis, efficient implementation, and practical application of single step methods and pay particular attention to structure preservation.
LernzielThe course aims to impart knowledge about important numerical methods for the solution of ordinary differential equations. This includes familiarity with their main ideas, awareness of their advantages and limitations, and techniques for investigating stability and convergence. Further, students should know about structural properties of ordinary diferential equations and how to use them as guideline for the selection of numerical integration schemes. They should also acquire the skills to implement numerical integrators in MATLAB and test them in numerical experiments.
Inhalt1 Einleitung
1.1 Anfangswertprobleme (AWP)
1.2 Beispiele und Grundbegriffe
1.2.1 Okologie
1.2.2 Chemische Reaktionskinetik
1.2.3 Physiologie
1.2.4 Mechanik
1.3 Theorie
1.3.1 Existenz und Eindeutigkeit von Loesungen
1.3.2 Lineare AWPe
1.3.3 Sensitivitaet
1.3.3.1 Grundbegriffe
1.3.3.2 Unser Problem: das Anfangswertproblem
1.3.3.3 Wohlgestelltheit
1.3.3.4 Asymptotische Kondition
1.3.3.5 Schlecht konditionierte AWPe
1.4 Polygonzugverfahren
1.4.1 Das explizite Euler-Verfahren
1.4.2 Das implizite Euler-Verfahren
1.4.3 Implizite Mittelpunktsregel
1.4.4 Stoermer-Verlet-Verfahren
2 Einschrittverfahren
2.1 Grundlagen
2.1.1 Abstrakte Einschrittverfahren
2.1.2 Konsistenz
2.1.3 Konvergenz
2.1.4 Das Aequivalenzprinzip
2.1.5 Reversibilitaet
2.2 Kollokationsverfahren
2.2.1 Konstruktion
2.2.2 Konvergenz von Kollokationsverfahren
2.3 Runge-Kutta-Verfahren
2.3.1 Konstruktion
2.3.2 Konvergenz
2.4 Extrapolationsverfahren
2.4.1 Der Kombinationstrick
2.4.2 Extrapolationsidee
2.4.3 Extrapolation von Einschrittverfahren
2.4.4 Lokale Extrapolations-Einschrittverfahren
2.4.5 Ordnungssteuerung
2.4.6 Extrapolation reversibler Einschrittverfahren
2.5 Splittingverfahren
2.6 Schrittweitensteuerung
3 Stabilitaet
3.1 Modellproblemanalyse
3.2 Vererbung asymptotischer Stabilitaet
3.3 Nichtexpansivitaet
3.4 Gleichmaessige Stabilitaet
3.5 Steifheit
3.6 Linear-implizite Runge-Kutta-Verfahren
3.7 Exponentielle Integratoren
3.8 Differentiell-Algebraische Anfangswertprobleme
3.8.1 Grundbegriffe
3.8.2 Runge-Kutta-Verfahren fuer Index-1-DAEs
3.8.3 DAEs mit hoeherem Index
4 Strukturerhaltende numerische Integration
4.1 Polynomiale Invarianten
4.2 Volumenerhaltung
4.3 Verallgemeinerte Reversibilitaet
4.4 Symplektizitaet
4.4.1 Symplektische Evolutionen Hamiltonscher Differentialgleichungen
4.4.2 Symplektische Integratoren
4.4.3 Rueckwaertsanalyse
4.4.4 Modifizierte Gleichungen: Fehleranalyse
4.4.5 Strukturerhaltende modifizierte Gleichungen
4.5 Methoden fuer oszillatorische Differentialgleichungen
SkriptLecture slides including supplements will be provided electronically.
LiteraturNote: Extra reading is not considered important for understanding the
course subjects.

Deuflhard and Bornemann: Numerische Mathematik II - Integration gewöhnlicher Differentialgleichungen, Walter de Gruyter & Co., 1994.

Hairer and Wanner: Solving ordinary differential equations II - Stiff and differential-algebraic problems, Springer-Verlag, 1996.

Hairer, Lubich and Wanner: Geometric numerical integration - Structure-preserving algorithms for ordinary differential equations}, Springer-Verlag, Berlin, 2002.

L. Gruene, O. Junge "Gewoehnliche Differentialgleichungen", Vieweg+Teubner, 2009.

Hairer, Norsett and Wanner: Solving ordinary differential equations I - Nonstiff problems, Springer-Verlag, Berlin, 1993.

Walter: Gewöhnliche Differentialgleichungen - Eine Einführung, Springer-Verlag, Berlin, 1972.

Walter: Ordinary differential equations, Springer-Verlag, New York, 1998.
Voraussetzungen / BesonderesHomework problems involve MATLAB implementation of numerical algorithms.
401-5650-00LZurich Colloquium in Applied and Computational Mathematics Information 0 KP2KR. Abgrall, H. Ammari, P. Grohs, R. Hiptmair, A. Jentzen, S. Mishra, S. Sauter, C. Schwab
KurzbeschreibungForschungskolloquium
Lernziel
406-0141-AALLinear Algebra and Numerical Analysis
Belegung ist NUR erlaubt für MSc Studierende, die diese Lerneinheit als Auflagenfach verfügt haben.

Alle anderen Studierenden (u.a. auch Mobilitätsstudierende, Doktorierende) können diese Lerneinheit NICHT belegen.
5 KP11RP. Grohs
KurzbeschreibungIntroduction to Linear Algebra and Numerical Analysis for Engineers. The contents of the course are covered in the book "Introduction to Linear Algebra" by Gilbert Strang (SIAM, 2003). MATLAB is used as a tool to formulate and implement numerical algorithms.
LernzielTo acquire basic knowledge of Linear Algebra and of a few fundamental numerical techniques. The course is meant to
hone analytic and algorithmic skills.
Inhalt1. Vectors and vector spaces
2. Solving linear systems of equations (Gaussian elimination)
3. Orthogonality
4. Determinants
5. Eigenvalues and eigenvectors
6. Linear transformations
7. Numerical linear algebra in MATLAB
8. (Piecewise) polynomial interpolation
9. Splines
LiteraturG. Strang, "Introduction to linear algebra", Third edition, 2003,
ISBN 0-9614088-9-8, http://math.mit.edu/linearalgebra/

T. Sauer. "Numerical analysis", Addison-Wesley 2006