Γενικές πληροφορίες
Διδάσκων: Σταύρος ΚομηνέαςΏρες γραφείου (Θ306): Δευτέρα 12-1μμ, Τετάρτη 12-1μμ
email: komineas (at) tem.uoc.gr
Ώρες μαθήματος: Δευτέρα 1πμ-3μμ (Θ206), Τετάρτη 1-3μμ (Θ202), Παρασκευή 9-11πμ (Θ202)
Εργαστήριο: (αίθουσα υπολογιστών) Δευτέρα 1πμ-3μμ
Ύλη
Στόχοι του μαθήματος- Η περιγραφή και κατανόηση απλών μαθηματικών μοντέλων από τις επιστήμες (Φυσική, Βιολογία, Οικονομία και αλλού).
- Η κατανόηση βασικών μεθόδων αντιμετώπισης (εύρεσης λύσεων) των μοντέλων.
- Η απόκτηση δεξιοτήτων γιά την ανάπτυξη μαθηματικών μοντέλων γιά προβλήματα σε θεωρητικές και εφαρμοσμένες επιστήμες.
Περιεχόμενο του μαθήματος
- Διαστατική ανάλυση, αδιάστατες μεταβλητές και παράμετροι
- Βασικές έννοιες θεωρητικής μηχανικής: Νόμοι του Νεύτωνα.
- Θεωρία μεταβολών και η εξίσωση Lagrange. Νόμοι διατήρησης. Εφαρμογές στη μοντελοποίηση μηχανικών συστημάτων.
- Κίνηση φορτίων σε μαγνητικό πεδίο. Μοντέλα γιά δίνες σε ρευστά, μαγνητικά υλικά κ.α.
- Γραμμικά και μη γραμμικά συστήματα διαφορικών εξισώσεων και ευστάθεια σταθερών σημείων. Μοντελοποίηση βιολογικών και χημικών συστημάτων.
Βιβλιογραφία
Σημειώσεις του μαθήματος: 31/12/2010 (σε μορφή βιβλίου).Σημειώσεις του μαθήματος: 31/12/2010 (σε μορφή παραδόσεων μαθήματος).
[οι δύο παραπάνω μορφές των σημειώσεων δεν διαφέρουν ως προς το περιεχόμενο.]
Ελληνόγλωσση και μεταφρασμένη βιβλιογραφία
- [E1] Ιωάννης Δ. Χατζηδημητρίου, "Θεωρητική μηχανική", Τρίτη έκδοση (Γιαχούδη-Γιαννούλη, Θεσσαλονίκη, 2000).
- [E2] J.D. Logan "Εφαρμοσμένα Μαθηματικά" (ΠΕΚ, 1997).
- [E3] Herbert Goldstein, "Κλασσική Μηχανική" (Εκδόσεις Π. Πουρνάρα, Θεσσαλονίκη, 1980).
- [E4] Tάσος Μπούντης, "Μη γραμμικές συνήθεις διαφορικές εξισώσεις" (Εκδοσεις Πνευματικού, 1997).
Ξενόγλωσση βιβλιογραφία
- [1] G.R. Fowles, "Analytical mechanics" (CBS College Publishing, 1986).
- [2] J.D. Logan "Applied Mathematics" (John Wiley, 1987).
- [3] Lawrence Perko, "Differential Equations and Dynamical Systems", Third edition (Springer, New York, 2001).
- [4] D.W. Jordan and P. Smith, "Nonlinear ordinary differential equations" (Oxford University Press, 1987).
- [5] N.D. Fowkes and J.J. Mahoney, "An introduction to mathematical modeling" (john Wiley,1994)
- [6] E.A. Bender, "An introduction to mathematical modeling" (Dover Publications, 1978).
- [7] A. Hastings, "Population biology" (Springer, New York, 1997).
Βιβλία στο internet σχετικά με θέματα του μαθήματος
- Horst R. Thieme, "Mathematics in population biology" (Princeton University Press, 2003).
- Fred Brauer, Carlos Castillo-Chávez, "Mathematical models in population biology and epidemiology" (Springer, New York, 2001).
Τρόπος διδασκαλίας και αξιολόγησης
Τρόπος διδασκαλίας- 4 ώρες (ανά εβδομάδα) θεωρητικής διδασκαλίας.
- 2 ώρες (ανά εβδομάδα) ασκήσεων στον πίνακα και στον υπολογιστή.
- 3 φυλλάδια ασκήσεων τα οποία είναι απαραίτητο να λύσουν και να παραδώσουν οι φοιτητές εντός της καθορισμένης προθεσμίας. Όλα τα φυλλάδια θα ξαναπαραδωθούν διορθωμένα μαζί με την παράδοση της εργασίας (στο τέλος του εξαμήνου). Τότε θα γίνει και η τελική βαθμολόγηση των φυλλαδίων.
- Μία μικρή εργασία (μπορείτε να χρησιμοποιήσετε αυτό το
πρότυπο).
Διαδικασία: Κάθε φοιτητής (ή μικρή ομάδα φοιτητών) επιλέγει μία εργασία (είτε μόνος του είτε επιλέγει από τα προτεινόμενα θέματα),
συμβουλεύεται τον διδάσκοντα και συμφωνείται η τελική μορφή της εργασίας,
εργάζεται (στο σπίτι ή και κατά της διάρκεια των ωρών του μαθήματος που θα γίνουν στην αίθουσα υπολογιστών) και παραδίδει την εργασία προσωπικά στον διδάσκοντα μέχρι 17 Δεκεμβρίου,
αν χρειαστεί, διορθώνει την εργασία του (γιά βελτίωση βαθμολογίας) και παραδίδει πάλι μέχρι 14 Ιανουαρίου.
Αξιολόγηση. Θα γίνει καθ' όλη την διάρκεια του εξαμήνου ως εξής:
- Τα τρία φυλλάδια θα μετρήσουν (προαιρετικά) 10% στον τελικό βαθμό, εφόσον παραδωθούν εμπρόθεσμα (και ξαναπαραδωθούν διορθωμένες μαζί με την εργασία).
- Η μικρή εργασία θα μετρήσει (υποχρεωτικά)
20% στον τελικό βαθμό.
Η αξιολόγησή της θα βασιστεί στα εξής κριτήρια: (α) την πληρότητά της (β) την χρήση γνώσεων από το μάθημα και το εργαστήριο και (γ) την κατανόησή της. - Το τελικό διαγώνισμα θα μετρήσει κατά το υπόλοιπο ποσοστό. (Πρέπει όμως ο βαθμός του τελικού διαγωνίσματος να είναι μεγαλύτερος ή ίσος του 4.)
- Η βαθμολογίες των φυλλαδίων και των εργασιών αναρτώνται στην ιστοσελίδα. Παρακαλούνται όλοι οι φοιτητές να ελέγξουν τους βαθμούς τους πριν τις εξετάσεις.
Στατιστικά τελικής βαθμολογίας (Ιανουάριος):
Εγγεργαμμένοι: 94
Έδωσαν εξετάσεις (18/1/2011): 66
Ποσοστό επιτυχίας επί όσων έδωσαν εργασία + εξετάσεις: 23/54 ή 43%
βαθμός | FX | F | 5 | 6 | 7 | 8 | 9 | 10 |
αριθμός φοιτητών | 9 | 34 | 2 | 8 | 9 | 2 | 2 | 0 |
Στατιστικά τελικής βαθμολογίας (Σεπτέμβριος):
Έδωσαν εξετάσεις (1/9/2011): 47
Έπιτυχόντες: 16
Ποσοστό επιτυχίας επί όσων έδωσαν εργασία + εξετάσεις: 15/38 ή 39%
βαθμός | FX | F | 5 | 6 | 7 | 8 | 9 | 10 |
αριθμός φοιτητών | 15 | 16 | 3 | 6 | 7 | 0 | 0 | 0 |
[όπου (Α) βαθμός των ασκήσεων (Ε) της εργασίας και (Δ) του διαγωνίσματος.]
Ο τελικός βαθμός έχει στρογγυλοποιηθεί σε ακέραιο.
F σημαίνει βαθμό διαγωνίσματος κάτω του 4 (και θα καταχωρηθεί Β=3)
FX σημαίνει βαθμό διαγωνίσματος κάτω του 2 (και θα καταχωρηθεί Β=1)
[τα F και FX ακολουθούν το σύστημα βαθμολόγησης ECTS].
Ασκήσεις - Εργασίες
- Σειρά ασκήσεων Ι,
Ημερομηνία παράδοσης: μέχρι Τετάρτη 27 Οκτωβρίου.
- Σειρά ασκήσεων ΙΙ, Ημερομηνία παράδοσης: μέχρι Δευτέρα 22 Νοεμβρίου.
- Σειρά ασκήσεων ΙΙΙ, Ημερομηνία παράδοσης: μέχρι Τετάρτη 15 Δεκεμβρίου.
- Κατάλογος εργασιών από όπου μπορείτε να επιλέξετε εργασία.
- Θέματα και λύσεις εξετάσεων Ιανουαρίου 2011
- Θέματα και λύσεις εξετάσεων Σεπτεμβρίου 2011
Σύνδεσμοι στο διαδίκτυο
- Μάζα εξαρτώμενη από ελατήριο ταλαντώνεται υπό την επίδραση της βαρύτητας.
- Εκκρεμές εξαρτώμενο απο ελατήριο.
- Μοντέλο Lotka-Volterra (διάγραμμα φάσεων).
- Μοντέλο συμβίωσης δύο ειδών (διάγραμμα φάσεων).
- Μοντέλο συμβίωσης δύο ειδών (πληθυσμοί σαν συνάρτηση του χρόνου).
- Διαγράμματα φάσεων γιά διδιάστατα γραμμικά συστήματα με το Mathematica (δεν χρειάζεται να έχετε αγοράσει το Mathematica).
- Λύσεις και διαγράμματα φάσεων γιά διδιάστατα γραμμικά συστήματα με το Mathematica (δεν χρειάζεται να έχετε αγοράσει το Mathematica).
Ημερολόγιο του Μαθήματος
[Σημειώνεται επιγραμματικά η ύλη που καλύφθηκε σε κάθε μάθημα. Επίσης, δίνονται (ενδεικτικά και μόνο) οι παράγραφοι από βιβλία όπου περιέχεται, σε γενικές γραμμές, η ύλη. Οι παραπομπές στα βιβλία είναι ενδεικτικές, οι σχετικές παράγραφοι περιλαμβάνουν και θέματα τα οποία είναι εκτός ύλης.]- Δε 20 Σεπ: Παρουσίαση του μαθήματος. Εισαγωγικά γιά την Μαθηματική Μοντελοποίηση. ([5] chapter 1)
- Τε 22 Σεπ: Εξίσωση μεταφοράς θερμότητας. Η εξίσωση σε αδιάστατες μεταβλητές. ([2] Παρ. 1.3)
- Πα 24 Σεπ: Αδιάστατες μεταβλητές και παράμετροι. ([E2] Παρ. 1.3)
- Δε 27 Σεπ: Σημειακά σωμάτια - θέση και ταχύτητα. Νόμοι του Νεύτωνα. Ενέργεια. (π.χ. πρώτα κεφάλαια από [1], [E3], [E1])
- Τε 29 Σεπ: Δυναμική ενέργεια. Αρμονική ταλάντωση. (π.χ. πρώτα κεφάλαια από [1], [E3], [E1]).
- Πα 1 Οκτ: Γενικά δυναμικά. Εκκρεμές. Δυναμικό χημικού δεσμού. ([2] Παράδειγμα 5.2 ,κ.α.)
- Δε 4 Οκτ: Εργαστήριο gnuplot, matlab. Γραφικές παραστάσεις. Ταλαντώσεις και περίοδος ταλάντωσης σε δυναμικά (εκκρεμές, Lennard-Jones).
- Τε 6 Οκτ: Γενικευμένες συντεταγμένες. Εξισώσεις Lagrange από την εξίσωση Newton. (π.χ., [1], [E1])
- Πα 8 Οκτ: Ασκήσεις (Εξισώσεις Lagrange)
- Δε 11 Οκτ: Εξισώσεις Lagrange γιά δυνάμεις που δεν παράγονται από δυναμικό. Αρχή του Hamilton. ([1], [Ε2] Παρ. 3.5)
- Τε 13 Οκτ: Λογισμός μεταβολών. ([1], [Ε2] Παρ. 3.3, [E1])
- Πα 15 Οκτ: Λογισμός μεταβολών. Ολοκλήρωμα δράσης. Ανακεφαλαίωση των Εξ. Lagrange. ([1], [Ε2] Παρ. 3.5)
- Δε 18 Οκτ: Ασκήσεις.
- Τε 20 Οκτ: Διατηρήσιμες ποσότητες: ενέργεια, ορμή. ([1], [Ε2])
- Πα 22 Οκτ: Δίνες. Δυναμική δινών.
- Δε 25 Οκτ: Εκπαιδευτική προβολή γιά μαθηματικά μοντέλα (περιέχονται σύνδεσμοι στο διαδίκτυο). (ώρα 12-1)
- Τε 27 Οκτ: Ασκήσεις (παράδοση φυλλαδίου Ι)
- Πα 29 Οκτ: Ζεύγος αλληλεπιδρώντων δινών. Διατηρήσιμες ποσότητες.
- Δε 1 Νοε: Φορτίο σε μαγνητικό πεδίο.
- Τε 3 Νοε: Εργαστήριο υπολογιστών. Λύση συνήθων διαφορικών εξισώσεων: δυναμική δινών. Κίνηση στο δυναμικό Lennard-Jones.
- Πα 5 Νοε: Φορτίο σε ηλεκτρικό και μαγνητικό πεδίο. Επίδραση τριβής. Ζεύγος φορτίων σε μαγνητικό πεδίο.
- Δε 15 Νοε: Δεν θα γίνει μάθημα
- Τε 17 Νοε: Αργία
- Πα 19 Νοε: Δεν θα γίνει μάθημα
- Δε 22 Νοε: Ασκήσεις φυλλαδίου ΙΙ
- Τε 24 Νοε: Διάγραμμα φάσεων γιά το εκκρεμές.
- Πα 26 Νοε: Πληθυσμιακά μοντέλα από την Βιολογία. Μοντέλο Lotka-Volterra.
- Δε 29 Νοε: Μοντέλο επιδημιών.
- Τε 1 Δεκ: Γραμμικά συστήματα δύο διαφορικών εξισώσεων.
- Πα 3 Δεκ: Γραμμικά συστήματα δύο διαφορικών εξισώσεων.
- Δε 6 Δεκ: Μη γραμμικά συστήματα. Γραμμικοποίηση και ευστάθεια σημείων ισορροπίας.
- Τε 8 Δεκ: Εργαστήριο υπολογιστών. Διαγράμματα φάσεων. Μοντέλο Lotka-Volterra. (αίθουσα Λ205)
- Πα 10 Δεκ: Ασκήσεις
- Δε 13 Δεκ: Εργαστήριο υπολογιστών - επανάληψη.
- Τε 15 Δεκ: Ασκήσεις φυλλαδίου ΙΙΙ
- Πα 17 Δεκ: Εργαστήριο υπολογιστών (εξάσκηση) - Παράδοση εργασιών (προκαταρκτική ημερομηνία)
- Δε 10 Ιαν: Ασκήσεις & Θεωρία - επανάληψη.
- Τε 12 Ιαν: Παράδοση εργασιών - Καταληκτική ημερομηνία
Διακοπή μαθημάτων - λόγω περιφερειακών εκλογών
Διακοπές Χριστουγέννων, Πρωτοχρονιάς