Giornale delle lezioni
di
ANALISI NUMERICA
a.a 2017/18
CdLM Ingegneria Civile


Prima settimana
18 set - Lez Presentazione del corso.
19 set - Lez Rappresentazione dei numeri. Rappresentazione dei numeri. Arrotondamento. Operazioni di macchina. Propagazione degli errori.
20 set - Lab Introduzione al Matlab. Assegnazione di variabili scalari ed operazioni. Assegnazione di variabili vettoriali e matriciali. Operazioni dell'algebra lineare. Assegnazione di funzioni di tipo handle. Grafici di funzione con il comando fplot.
21 set - Lab Introduzione al Matlab. Controllo if. Programmi di tipo script e function.
Seconda settimana
25 set - Lez Sistemi lineari. Algoritmo di sostituzione in avanti e all'indietro. Metodo di eliminazione di Gauss. Fattorizzazione LU.
26 set - Lez Sistemi lineari. Fattorizzazione LU con pivoting. Effetto sulla soluzione delle perturbazioni sui dati. Numero di condizionamento.
27 set - Lab Introduzione al Matlab. Notazione due punti. Cicli for. Algoritmo di sostituzione in avanti e all'indietro.
28 set - Lab Sistemi lineari. Fattorizzazione LU. Effetto del pivoting. Fill in di una matrice sparsa.
Terza settimana
2 ott - Lez Equazioni non lineari Ricerca degli zeri di una funzione. Metodo delle bisezioni. Metodi di Newton e delle secanti. Risultati di convergenza.
3 ott - Lez Equazioni non lineari Algoritmo per la ricerca degli zeri con il metodo di Newton e delle secanti. Test d'arresto. Problemi di punto fisso.
4 ott - Lab Sistemi lineari Effetto delle perturbazioni nella risoluzione dei sistemi lineari. Condizionamento di una matrice. Esercizio sulla matrice di Hilbert.
5 ott - Lab Sistemi lineari. Equazioni non lineari Esercizio sul condizionamento della matrice di Hilbert. Metodo di Newton. Esercizi per la ricerca di uno zero di funzione.
Quarta settimana
9 ott - Lez Sistemi non lineari. Problemi differenziali con valori ai limiti. Metodo di Newton-Raphson per sistemi di equazioni non lineari. Equazioni differenziali ordinarie con valori ai limiti. Differenze finite.
10 ott - Lez Problemi differenziali con valori ai limiti. Differenze finite per l'approssimazione delle derivate seconde. Discretizzazione di un'equazione differenziale del secondo ordine con differenze finite. Costruzione della matrice. Stima dell'errore.
11 ott - Lab Equazioni non lineari. Comportamento del metodo di Newton. Il metodo delle secanti.
12 ott - Lab Equazioni e sistemi non lineari. Uso della function fzero per la ricerca degli zeri di funzione. Il metodo di Newton per sistemi non lineari. Grafici di funzioni in 3 dimensioni.
Quinta settimana
16 ott - Lez Metodo degli elementi finiti Approssimazione di equazioni differenziali con valori ai limiti mediante elementi finiti lineari a tratti. Funzioni di base. Costruzione della matrice e del termine noto.
17 ott - Lez Equazioni differenziali con valori ai limiti Approssimazione di equazioni differenziali con il termine di ordine zero. Condizioni ai limiti di Dirichlet non omogenee e di Neumann. Equazione differenziale di diffusione, trasporto e reazione. Discretizzazione con differenze finite. Caso del problema a trasporto dominante.
18 ott - Lab Equazioni differenziali con valori ai limiti Calcolo della soluzione di un problema di diffusione-reazione mediante differenze finite.
19 ott - Lab Equazioni differenziali con valori ai limiti Calcolo della soluzione di un problema di diffusione-reazione mediante differenze finite. Verifica numerica della convergenza.
Sesta settimana
23 ott - Lez Interpolazione e approssimazione di funzioni Interpolazione polinomiale. Esistenza ed unicità del polinomio interpolatore. Polinomi di Lagrange. Stima dell'errore. Nodi di Chebyshev. Stabilità dell'interpolazione polinomiale e costante di Lebesgue.
24 ott - Lezione Interpolazione e approssimazione di funzioni Interpolazione a tratti con polinomi lineari. Funzioni spline. Cenni all'interpolazione in più dimensioni.
25 ott - Lab Equazioni differenziali con valori ai limiti Equazioni di diffusione e trasporto. Applicazione delle differenze finite centrate.
26 ott - Lab Equazioni differenziali con valori ai limiti Equazioni di diffusione e trasporto a trasporto dominante. Applicazione delle differenze finite in avanti e all'indietro.
Settima settimana
30 ott - Lez Minimi quadrati lineari. Integrazione numerica Approssimazione di dati. Minimi quadrati lineari. Equazioni normali. Formule di quadratura di base semplici e composite con stima dell'errore.
31 ott - Lez Integrazione numerica Grado di precisione di una formula. Formule di Gauss. Formula di Cavalieri-Simpson adattiva.
2 nov - Lab Test di Laboratorio Test su stistemi lineari, equazioni e sistemi non lineari, risoluzione di equazioni differenziali ordinarie con valori ai limiti mediante differenze finite.
Ottava settimana
6 nov - Lez Equazioni differenziali ordinarie Richiami sul Problema di Cauchy. Risultati di esistenza, unicità e dipendenza continua dai dati. Metodi di Eulero in avanti e all'indietro e di Crank-Nicolson.
7 nov - Lez Equazioni differenziali ordinarie Assoluta stabilità. Analisi della convergenza del metodo di Eulero in avanti. Consistenza e zero-stabilità.
8 nov - Lab Interpolazione e approssimazione di funzioni Interpolazione polinomiale. Uso di polyval e polyfit. Errore nell'approssimazione con polinomi interpolatori.
9 nov - Lab Interpolazione e approssimazione di funzioni Interpolazione con nodi equispaziati della funzione di Runge. Nodi di Chebyshev. Approssimazione della funzione di Runge con nodi di Chebyshev.
Nona settimana
13 nov - Lez Equazioni differenziali ordinarie Regione di assoluta stabilità. Metodi di ordine elevato. Metodi ad un passo di tipo Runge-Kutta. Metodi multistep Adams-Bashforth, Adams-Moulton, BDF.
14 nov - Lez Metodo degli elementi finiti per equazioni alle derivate parziali Derivazione del modello matematico per la diffusione del calore ed elasticità. Formulazione debole del problema. Introduzione degli elementi finiti. Problema discreto.
15 nov - Lab Interpolazione e approssimazione di funzioni Interpolazione lineare a tratti e con funzioni spline. Uso delle function interp1, spline e pchip.
16 nov - Lab Approssimazione di dati. Integrazione numerica Retta di regressione lineare. Minimi quadrati lineari. Calcolo di integrali con le formule del punto medio, dei trapezi e di Cavalieri Simpson.
Decima settimana
20 nov - Lez Metodo degli elementi finiti per equazioni alle derivate parziali Calcolo degli elementi della matrice di stiffness e del termine noto per gli elementi finiti in 2D.
21 nov - Lez Metodo degli elementi finiti. Metodi iterativi per sistemi lineari Equazione dell'errore. Ordine di convergenza. Convergenza dei metodi iterativi. Metodi di Jacobi, di Gauss-Seidel e di Richardson stazionario. Condizioni sufficienti per la convergenza.
22 nov - Lab Integrazione numerica Formule di quadratura del punto medio, dei trapezi e di Cavalieri-Simpson. Analisi della convergenza. Effetto della regolarità della funzione. Function di Matlab per il calcolo degli integrali. Confronto dell'efficienza del metodo di Simpson a passo costante e di Simpson adattivo.
23 nov - Lab Equazioni differenziali ordinarie Implementazione del metodo di Eulero esplicito. Analisi della convergenza, della zero-stabilità e della regione di assoluta stabilità.
Undicesima settimana
28 nov - Lez Metodi iterativi per sistemi lineari. Autovalori ed autovettori Metodo di Richardson nonstazionario. Equivalenza del sistema lineare con matrice simmetrica e definita positiva con problema di minimo del funzionale quadratico. Metodo del gradiente e sua convergenza. Scelta della direzione di discesa e metodo del gradiente coniugato. Definizione di autovalori ed autovettori e proprietà. Lemma di localizzazione degli autovalori di Gershgorin.
29 nov - Lab Equazioni differenziali ordinarie Metodi di Eulero implicito, di Heun, di Crank-Nicolson e di Runge-Kutta del quarto ordine. Effetto degli errori di arrotondamento nella soluzione di equazioni differenziali ordinarie. Regione di assoluta stabilità. Risolutori di Matlab per le equazioni differenziali ordinarie.
30 nov - Lab Equazioni differenziali ordinarie Risoluzione di sistemi di equazioni differenziali del primo ordine. Riduzione di equazioni differenziali di ordine superiore al primo a sistemi di equazioni differenziali del primo ordine. Esercizi vari usando i solutori di Matlab.
Dodicesima settimana
4 dic - Lez Autovalori e autovettori. Equazioni alle derivate parziali Metodo delle potenze e delle potenze inverse con shift. Analisi di convergenza. Metodo QR per il calcolo di tutti gli autovalori di una matrice. Equazione del calore.
5 dic - Lez Equazioni alle derivate parziali. Approssimazione del problema del calore con elementi finiti. Riduzione del problema ad un sistema di equazioni differenziali ordinarie. Metodo di avanzamento in tempo e sue proprietà. Rappresentazione della soluzione dell'equazione del calore e relazione con il problema agli autovalori.
6 dic - Lab Equazioni alle derivate parziali Uso del toolbox di Matlab per risolvere equazioni alle derivate parziali con gli elementi finiti.
7 dic - Lab Equazioni alle derivate parziali Risoluzione di alcuni problemi stazionari alle derivate parziali con il toolbox di Matlab. Equazione del calore e sua risoluzione in Matlab
Tredicesima settimana
13 dic - Lab Autovalori ed autovettori Calcolo di autovalori ed autovettori di matrice usando le function di Matlab. Localizzazione degli autovalori. Esercizi sul metodo delle potenze e delle potenze inverse.
14 dic - Lab Autovalori ed autovettori Esercizi sul metodo delle potenze e delle potenze inverse. Approssimazione di autovalori multipli e degli autovettori associati.