Rechnergestützte Physik 1 (Grundlegende Numerische Methoden)
Computational Physics 1 (Fundamental Numerical Methods)

Modul PH2057

Diese Modulbeschreibung enthält neben den eigentlichen Beschreibungen der Inhalte, Lernergebnisse, Lehr- und Lernmethoden und Prüfungsformen auch Verweise auf die aktuellen Lehrveranstaltungen und Termine für die Modulprüfung in den jeweiligen Abschnitten.

Basisdaten

PH2057 ist ein Semestermodul in Englisch auf Master-Niveau das im Wintersemester angeboten wird.

Das Modul ist Bestandteil der folgenden Kataloge in den Studienangeboten der Physik.

  • Allgemeiner Spezialfachkatalog Physik
  • Spezifischer Spezialfachkatalog Applied and Engineering Physics
  • Spezifischer Spezialfachkatalog Physik der kondensierten Materie
  • Spezifischer Spezialfachkatalog Kern-, Teilchen- und Astrophysik

Soweit nicht beim Export in einen fachfremden Studiengang ein anderer studentischer Arbeitsaufwand ("Workload") festgelegt wurde, ist der Umfang der folgenden Tabelle zu entnehmen.

GesamtaufwandPräsenzveranstaltungenUmfang (ECTS)
150 h 75 h 5 CP

Inhaltlich verantwortlich für das Modul PH2057 ist Stefan Recksiegel.

Inhalte, Lernergebnisse und Voraussetzungen

Inhalt

Das Modul vermittelt grundlegende numerische Methoden und Lösungsmethoden für gewöhnliche und partielle Differentialgleichungen.

1. Introduction
‒ Numbers on computers
‒ Sources of errors
2. Integration
‒ Riemann definition
‒ Trapezoid rule, Simpson rule
‒ Gauss integration
‒ Adaptive stepsize
3. Differentiation
‒ Forward Difference, Central Difference
‒ Higher Orders
4. Root Finding
‒ Bisection
‒ Newton-Raphson
5. Linear Algebra
‒ Gauss elimination with back-substitution
‒ LU-Decomposition
‒ Singular Value Decomposition
6. Multidimensional Newton-Raphson
7. Data fitting / Inter-/Extrapolation
‒ Lagrange interpolation, Splines
‒ Least squares fit
‒ Linear least squares, non-linear chi^2
8. Ordinary Differendial Equations
‒ Classification of DEs
‒ Euler algorithm
‒ Midpoint algorithm
‒ Runge-Kutta
‒ Applications: Planetary motion, etc.
‒ Initial/boundary value problems
‒ ODE eigenvalues
9. Partial Differential Equations
‒ Elliptic PDEs
‒ Parabolic PDEs
‒ Hyperbolic PDEs

Lernergebnisse

Nach dem Modul können die Studierenden grundlegende numerische Methoden verstehen und in verschiedenen Programmiersprachen implementieren. Sie können alle gewöhnlichen und einfache partielle Differentialgleichungen klassifizieren und numerisch lösen sowie die zu einem gegebenen physikalischen Problem passenden Differentialgleichungen aufstellen.

Voraussetzungen

Keine Vorkenntnisse nötig, die über die Zulassungsvoraussetzungen zum Masterstudium hinausgehen.

Lehrveranstaltungen, Lern- und Lehrmethoden und Literaturhinweise

Lehrveranstaltungen und Termine

ArtSWSTitelDozent(en)Termine
VU 4 Computational physics 1 Recksiegel, S. Dienstag, 14:00–16:00
sowie Termine in Gruppen

Lern- und Lehrmethoden

Vorlesung mit Präsentationen von Algorithmen am Videoprojektor; individuelle Übungen und Übungen in der Gruppe

Medienformen

Übungsblätter, begleitende Webseite: http://users.ph.tum.de/srecksie/lehre

Literatur

Ein grosser Teil des Materials wird in "“Computational Physics: Problem Solving with Computers", Landau, Paez and Bordeianu, Wiley-Vch, ISBN 3527406263, behandelt.

Modulprüfung

Beschreibung der Prüfungs- und Studienleistungen

In einer schriftlichen Prüfung von 90 Minuten Dauer wird das Erreichen der Lernergebnisse durch Verständnisfragen und Beispielaufgaben bewertet.

Wiederholbarkeit

Eine Wiederholungsmöglichkeit wird am Semesterende angeboten.

Aktuell zugeordnete Prüfungstermine

Derzeit sind in TUMonline die folgenden Prüfungstermine angelegt. Bitte beachten Sie neben den oben stehenden allgemeinen Hinweisen auch stets aktuelle Ankündigungen während der Lehrveranstaltungen.

Titel
ZeitOrtInfoAnmeldung
Prüfung zu Rechnergestützte Physik 1
Do, 6.4.2017, 10:30 bis 12:00 Physik I: 2502
bis 15.1.2017 (Abmeldung bis 30.3.2017)
Di, 14.2.2017, 13:30 bis 15:00 Physik I: 2501
bis 15.1.2017 (Abmeldung bis 7.2.2017)

Kondensierte Materie

Wenn Atome sich zusammen tun, wird es interessant: Grundlagenforschung an Festkörperelementen, Nanostrukturen und neuen Materialien mit überraschenden Eigenschaften treffen auf innovative Anwendungen.

Kern-, Teilchen-, Astrophysik

Ziel der Forschung ist das Verständnis unserer Welt auf subatomarem Niveau, von den Atomkernen im Zentrum der Atome bis hin zu den elementarsten Bausteinen unserer Welt.

Biophysik

Biologische Systeme, vom Protein bis hin zu lebenden Zellen und deren Verbänden, gehorchen physikalischen Prinzipien. Unser Forschungsbereich Biophysik ist deutschlandweit einer der größten Zusammenschlüsse in diesem Bereich.