ID:
SCC0546
Durata (ore):
64
CFU:
8
SSD:
ANALISI NUMERICA
Anno:
2025
Dati Generali
Periodo di attività
Primo Semestre (22/09/2025 - 16/01/2026)
Syllabus
Obiettivi Formativi
I due corsi di Soluzione Numerica di PDE introducono gli studenti alle tecniche numeriche per risolvere equazioni differenziali alle derivate parziali, che sono la base della gran parte dei modelli matematici. In particolare nel corso sulle leggi di conservazione si studia la tecnica di discretizzazione con i volumi finiti e le sue applicazioni nel contesto dei sistemi di leggi di conservazione non lineari. Le leggi di conservazione sono presenti nella gran parte dei modelli fisici, poiché rappresentano matematicamente leggi fisiche quali la conservazione della massa, della quantità di moto, dell’energia, etc ma permettono anche di fomulare semplicemente modelli meno classici come quelli per il traffico veicolare. In particolare il modello LWR di traffico, le equazioni di Saint-Venant (o delle acque basse) e quelle di Eulero per la gasdinamica saranno trattati esplicitamente nel corso. Al termine del corso lo studente dovrebbe essere in grado di calcolare soluzioni approssimate per sistemi di leggi di conservazione iperboliche non lineari, usando il metodo dei volumi finiti. Inoltre, dovrebbe essere in grado di utilizzare in modo critico e consapevole anche librerie e software basati sui volumi finiti.
Prerequisiti
Il corso è rivolto agli studenti di Matematica, ma anche a studenti di altri corsi di laurea, con interessi nel calcolo scientifico. Sono richieste nozioni di base di Analisi I e II, Analisi Numerica. È utile, ma non strettamente necessaria, la conoscenza dei metodi Runge-Kutta per l’integrazione di equazioni differenziali ordinarie. Per la parte di laboratorio è necessaria una conoscenza di base di un linguaggio di programmazione: useremo preferibilmente Matlab, ma ogni studente è libero di utilizzare altri linguaggi, come C, C++ o SciPy.
Metodi didattici
Le lezioni (2/3 delle ore) sono frontali, prevalentemente con spiegazioni alla lavagna. Esercizi di supporto allo studio individuale saranno regolarmente assegnati e discussi in aula su richiesta. Un terzo delle ore è dedicato ad esercitazioni in laboratorio informatico volte ad insegnare come implementare, verificare ed utilizzare algoritmi basati sugli elementi finiti (verranno usati come esempio alcuni degli algoritmi spiegati durante le lezioni teoriche).
Verifica Apprendimento
L’esame è orale, ed è composto di due parti, che vengono sostenute nello stesso giorno. Nella prima parte, lo studente discute un progetto computazionale concordato col docente e consegnato assieme al codice sorgente sviluppato. Il progetto dovrà essere l’applicazione di tecniche studiate durante il corso ad un caso concreto. Sarà oggetto di valutazione la rispondenza del software prodotto rispetto al problema scelto, la qualità dello stesso, la presentazione e la discussione critica dei risultati ottenuti. La seconda parte è un esame orale in cui verrà valutata la conoscenza degli argomenti svolti durante il corso, l’uso corretto del lessico specialistico, la capacità di ragionamento critico e di collegamento fra i diversi argomenti studiati.
Contenuti
1. Leggi di conservazione e di bilancio. Forma forte e forma debole delle equazioni. Metodo delle caratteristiche, rarefazioni e soluzioni di Rankine-Hugoniot, entropia. 2. Metodi lineari per equazioni lineari: esempi, consistenza, stabilità, condizione CFL, analisi di Von Neumann. 3. Metodi conservativi; teorema di Lax-Wendroff; metodo di Godunov. Soluzione dei problemi di Riemann per equazioni scalari e metodo di Godunov associato. 4. Shock e luogo di Hugoniot; rarefazioni e curve integrali; problema di Riemann per le equazioni delle acque basse; metodo di Godunov per sistemi. 5. Solutori di Riemann approssimati; metodi di Roe e HLL. 6. Stabilità non lineare; convergenza dei metodi per equazioni non lineari; metodi a variazione totale limitata. 7. Metodi TVD del secondo ordine di accuratezza e cenni ai metodi di ordine superiore. 8. Complementi: leggi di bilancio, produzione numerica di entropia, il caso multidimensionale.
Lingua Insegnamento
inglese
Altre informazioni
Il ricevimento è su appuntamento, e può essere fissato sia per email che alla fine delle lezioni
Corsi
Corsi (2)
FISICA
Laurea Magistrale
2 anni
MATEMATICA
Laurea Magistrale
2 anni
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Persone
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