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Arbeitsgruppe 3: Wissenschaftliches Rechnen

Sekretariat
Kollegiengebäude Mathematik (20.30)
Zimmer 3.039

Adresse
Hausadresse:
Zimmer 3.039
Englerstr. 2
Kollegiengebäude Mathematik (20.30)
76131 Karlsruhe

Postadresse:
Karlsruher Institut für Technologie (KIT)
Fakultät für Mathematik
Institut für Angewandte und Numerische Mathematik
Arbeitsgruppe 3: Wissenschaftliches Rechnen
Englerstr. 2
Kollegiengebäude Mathematik (20.30)
D-76131 Karlsruhe

Öffnungszeiten:
Mo-Do 9-12 Uhr

Tel.: 0721 608 42062

Fax.: 0721 608 43197

Einführung in das Wissenschaftliche Rechnen (Sommersemester 2016)

Dozent: Prof. Dr. Tobias Jahnke
Veranstaltungen: Vorlesung (0165000), Praktikum (0166000)
Semesterwochenstunden: 3+3


Bitte registrieren Sie sich hier für die Teilnahme an den Übungen.


Anmeldung für die mündlichen Prüfungen


Die mündlichen Prüfungen zur Vorlesung finden am 8.8.-9.8. und 21.9.-22.9. statt. Bitte schicken Sie bis spätestens 22.7.2016 eine E-Mail an Sonja Becker (sonja.becker@kit.edu) und teilen Sie uns mit, an welchem der Tage Sie geprüft werden möchten. Wenn Sie keine klare Präferenz (z.B. zwischen dem 8.8. und 9.8.) haben, dann können Sie auch gerne mehrere Tage angeben. Wir sammeln zunächst alle Anmeldungen und werden dann nach dem Zufallsprinzip die Prüfungsslots vergeben.

Achtung: Diese E-Mail ersetzt nicht die offizielle Prüfungsanmeldung! Sie müssen sich vor dem 6.8.2016 zusätzlich online anmelden. Die Prüfungen sind bereits freigeschaltet. Wenn Sie Schwierigkeiten bei der Prüfungsanmeldung haben sollten, wenden Sie sich bitte an uns.


Abgabe der Matlab-Dateien (Vorversion/Endversion)

Eine erste Version Ihrer Lösungen der Programmieraufgaben muss spätestens am 22.7.2016 per E-Mail an Patrick Krämer und Simon Baumstark geschickt werden. Voraussetzung ist natürlich, dass Sie Ihre Lösung vor der jeweiligen Deadline einem der beiden Assistenten präsentiert haben.

Sie haben auch nach dem 22.7. noch die Möglichkeit, die bereits abgegebenen Programme durch überarbeitete Versionen zu ersetzen. Ältere Versionen werden dann von uns gelöscht und nicht weiter berücksichtigt. Wer jedoch vor dem 22.7. keine Erstversion abgegeben hat, darf auch nach dem 22.7. keine verbesserten Versionen einschicken.

Wichtig: Schicken Sie bitte keine Updates von einzelnen Files, sondern immer nur ein Update der gesamten Lösung der Aufgabe.

Deadlines für die Abgabe der Endversion:

  • 3.8.2016 für Studierende mit Prüfungstermin 8.8. oder 9.8.2016
  • 15.9.2016 für Studierende mit Prüfungstermin 21.9. oder 22.9.2016

Termine
Vorlesung: Montag 11:30-13:00 SR 1.067 (geändert!) Beginn: 18.4.2016, Ende: 19.7.2016
Dienstag 11:30-13:00 (14-tägig) SR 1.067 (geändert!)
Praktikum: Dienstag 11:30-13:00 (14-tägig) -1.031 Beginn: 20.4.2016, Ende: 20.7.2016
Mittwoch 15:45-17:15 -1.031
Dozenten
Dozent Prof. Dr. Tobias Jahnke
Sprechstunde: Montag, 10:00 - 12:00 Uhr
Zimmer 3.042 Kollegiengebäude Mathematik (20.30)
Email: tobias.jahnke@kit.edu
Praktikumsleitung Dipl.-Math. techn. Patrick Krämer
Sprechstunde: nach Vereinbarung
Zimmer 3.025 Kollegiengebäude Mathematik (20.30)
Email: patrick.kraemer3@kit.edu
Praktikumsleitung M. Sc. Simon Baumstark
Sprechstunde: nach Vereinbarung
Zimmer -1.024 Kollegiengebäude Mathematik (20.30)
Email: Simon.Baumstark@kit.edu

Inhalt

Viele Phänomene des täglichen Lebens können durch partielle Differentialgleichungen modelliert werden. Da die meisten dieser Differentialgleichungen so komplex sind, dass keine analytische Lösungsformel bekannt ist, bleibt die Approximation der Lösung durch ein numerisches Verfahren oft die einzige Möglichkeit. Im Mittelpunkt dieser Vorlesung steht die Methode der Finiten Elemente zur numerischen Lösung von partiellen Differentialgleichungen und Eigenwertproblemen. Dabei liegt der Fokus auf praktischen Fragestellungen (Algorithmische Umsetzung, Implementierung, Anwendungen...).


Konzept

Die Lehrveranstaltung folgt dem "Learning-by-doing"-Prinzip: Alle Studierende sollen während des Semesters Schritt für Schritt ein vollständiges Finite-Elemente-Programmpaket in Matlab implementieren und gegen Ende des Semesters auf praxisnahe Probleme anwenden. Deshalb wird zusätzlich zur dreistündigen Vorlesung eine dreistündiges (!) Programmierpraktikum im Rechnerpool angeboten, in dem die Studierenden unter Anleitung der Tutoren Programmieraufgaben lösen werden. Neben dem Inhalt der Vorlesung sind Programmieraufgaben Gegenstand der mündlichen Abschlussprüfung.


Voraussetzungen

Grundwissen über gewöhnliche und partielle Differentialgleichungen und numerische Methoden sowie gute Matlab-Kenntnisse und Spaß am Programmieren. Der Inhalt der Vorlesung Numerische Methoden für Differentialgleichungen (WS 2015/16) wird nicht unmittelbar vorausgesetzt, bietet aber eine gute Grundlage.


Weitere Informationen

finden Sie hier.


Die Ergebnisse der Evaluation

finden Sie hier.



Vorlesungsnotizen

... ohne Gewähr, dafür mit Fehlern.

1. Vorlesung (18.4.2016)
2. Vorlesung (19.4.2016)
3. Vorlesung (25.4.2016)
4. Vorlesung (26.4.2016)
5. Vorlesung (2.5.2016)
6. Vorlesung (9.5.2016)
7. Vorlesung (10.5.2016)
8. Vorlesung (17.5.2016)
9. Vorlesung (23.5.2016)
10. Vorlesung (30.5.2016)
11. Vorlesung (31.5.2016), Beispiele zur Delaunay-Triangulierung
12. Vorlesung (6.6.2016)
13. Vorlesung (13.6.2016)
14. Vorlesung (14.6.2016)
15. Vorlesung (20.6.2016)
16. Vorlesung (27.6.2016)
17. Vorlesung (28.6.2016)
18. Vorlesung (4.7.2016)
19. Vorlesung (11.7.2016)
20. Vorlesung (18.7.2016)


Übungsblätter

Bitte registrieren Sie sich hier für die Teilnahme an den Übungen.

Übungsblatt 1: Finiten Differenzen für die Poisson-Gleichung

Übungsblatt 2: Lineare finite Elemente zu einer vorgegebenen Triangulierung
Dateien der Triangulierungen

Übungsblatt 3: Lineare finite Elemente mit inhomogenen Randbedingungen
Dateien der Triangulierungen

Übungsblatt 4: Quadratische Elemente
Dateien der Triangulierungen
Hilfsfunktion triag_lin2quad.m (neue Version)

Übungsblatt 5: Erzeugung von Triangulierungen (korrigierte Fassung)

Übungsblatt 6: Wo schlägt der Blitz ein?
Datei der Triangulierung

Übungsblatt 7: Mehrgitterverfahren
Ausgangstriangulierung

Übungsblatt 8: Räuber-Beute System (verbesserte Fassung)
Beispiel zur Erzeugung von Filmen mit Matlab. Dieses Programm erzeugt bei Aufruf eine Datei my_first_movie.mp4, die Sie sich in einem geeigneten Viewer ansehen können. Wenn Sie die relevanten Zeilen in Ihr Programm kopieren, können Sie damit einen Film der Lösung des Räuber-Beute-Systems erzeugen.


Musterlösungen

Aufgabe 1
Aufgabe 2
Aufgabe 3
Aufgabe 4
Aufgabe 5
Aufgabe 6
Aufgabe 7, Aufgabe 7 (Version mit sparse)
Aufgabe 8


Termine

An den Terminen am Dienstag (11:30-13:00 Uhr) wird entweder eine Vorlesung oder eine Übung stattfinden. Hier die Termine:

Vorlesung: 19.4., 26.4., 10.5., 17.5., 31.5., 14.6., 28.6.
Übung: 3.5., 24.5., 7.6., 21.6., 5.7., 12.7., 19.7.

RAUMÄNDERUNG: Aufgrund der unerwartet hohen Teilnehmerzahl findet die Vorlesung ab sofort im SR 1.067 statt. Einzige Ausnahme: Am 28.06.2016 findet die Vorlesung im SR 3.61 statt.