- Seite 1 und 2:
Vorlesung 401-2654-00L, Numerische
- Seite 3 und 4:
1.3.3.1 Grundbegriffe . . . . . . .
- Seite 5 und 6:
4 Strukturerhaltende numerische Int
- Seite 7 und 8:
• MATLAB-basierte Programmieraufg
- Seite 9 und 10:
Hinweise auf Fehler in den Vorlesun
- Seite 11 und 12:
Numerische Mathemtik 1 Einleitung V
- Seite 13 und 14:
✎ Notation (Newton): Punkt ˙ ˆ=
- Seite 15 und 16:
1.5 1.5 Numerische Mathemtik 1 1 y
- Seite 17 und 18:
5 6 % plot tangent field 7 f i g u
- Seite 19 und 20:
Verallgemeinerung: Eine gewöhnlich
- Seite 21 und 22:
Daher sind Darstellungsformeln wie
- Seite 23 und 24:
1.2.1 Ökologie Numerische Mathemti
- Seite 25 und 26:
Bemerkung 1.2.4 (AWP-Löser in MATL
- Seite 27 und 28:
(1.2.6) ⇒ 0 =(δ − γ u )˙u−
- Seite 29 und 30:
Definition 1.2.7 (Erstes Integral).
- Seite 31 und 32:
Beispiel 1.2.12 (Oregonator-Reaktio
- Seite 33 und 34:
Grössen: l = l(t) ˆ= Länge der H
- Seite 35 und 36:
5 6 f u n c t i o n beat(alpha,file
- Seite 37 und 38:
9 axis([tspan -3 3]); legend(’l(t
- Seite 39 und 40:
Definition 1.2.20 (Hamiltonsche Dif
- Seite 41 und 42:
←→ Hamiltonsches System (→ De
- Seite 43 und 44:
himpuls exakt, jedoch nicht die Ene
- Seite 45 und 46:
y (i) Numerische Mathemtik (iii) :
- Seite 47 und 48:
Ein einfaches Kriterium für lokale
- Seite 49 und 50:
Definition 1.3.7 (Evolutionsoperato
- Seite 51 und 52:
Lösung: ⎧ ⎨ y(t) = 1 y0 −1
- Seite 53 und 54:
Vorbereitung: Basiswechsel im Zusta
- Seite 55 und 56:
Ansatz: y(t) = exp(At)z(t) mitz ∈
- Seite 57 und 58:
1.3.3 Sensitivität [8, Sect. 3.1]
- Seite 59 und 60:
wobei‖·‖ ˆ= Matrixnorm induzi
- Seite 61 und 62:
Intervallweise Kondition: in[0,T]:
- Seite 63 und 64:
Bemerkung 1.3.32 („Gronwall-Schra
- Seite 65 und 66:
zum AWP (1.1.13) erfüllt Anfangswe
- Seite 67 und 68:
Listing 1.3: Numerische Integration
- Seite 69 und 70:
σ = 10, ρ = 28, β = 2.666667e+00
- Seite 71 und 72:
m 1 = 2, m 2 = 1, l 1 = 1, l 2 = 1.
- Seite 73 und 74:
1.4.1 Das explizite Euler-Verfahren
- Seite 75 und 76:
Bemerkung 1.4.3 (Explizites Eulerve
- Seite 77 und 78:
7 err = [err;erri]; % assemble matr
- Seite 79 und 80:
Definition 1.4.5 (Arten der Konverg
- Seite 81 und 82:
0.7 0.6 β = 0.5, γ = 0.5 β = 1.0
- Seite 83 und 84:
10 0 λ = 1.000000 λ = 3.000000 λ
- Seite 85 und 86:
Rekursion des expliziten Eulerverfa
- Seite 87 und 88:
Bemerkung 1.4.14 (Implizites Eulerv
- Seite 89 und 90:
( ) 1 k y k = y 0 ⇒ |y 1−λh k
- Seite 91 und 92:
5 % Implicit Euler 6 y_imp = y0; y
- Seite 93 und 94:
1 y = y_expl; 2 3 E_kin = 0.5*(y(2,
- Seite 95 und 96:
6 E_tot = E_kin + E_pot; 7 8 f i g
- Seite 97 und 98:
9 8 Energies for explicit Euler dis
- Seite 99 und 100:
✸ Numerische Mathemtik 1.4.3 Impl
- Seite 101 und 102:
Beispiel 1.4.21 (Implizite Mittelpu
- Seite 103 und 104:
Beispiel 1.4.24 (Implizite Mittelpu
- Seite 105 und 106:
Gegebeny k−1 ≈ y(t k−1 ),y k
- Seite 107 und 108:
Berechney 1 aus (1.4.30) & (1.4.31)
- Seite 109 und 110:
%f,\\alpha(0)=%f,p(0)=%f’,g,l,y0,
- Seite 111 und 112: (1.4.27) angewandt auf (1.2.18) 5 4
- Seite 113 und 114: 10 9 Energies for Stoermer−Verlet
- Seite 115 und 116: y/v v k+ 1/2 Numerische Mathemtik P
- Seite 117 und 118: Numerische Mathemtik 2 Einschrittve
- Seite 119 und 120: Numerische Mathemtik Baustein: Verf
- Seite 121 und 122: Definition 2.1.5 (Explizite und imp
- Seite 123 und 124: Beachte: Konvergenz gemäss Def. 2.
- Seite 125 und 126: Definition 2.1.8 (Konsistenz einer
- Seite 127 und 128: Interpretation: D Ψ t,t+h y τ(t,y
- Seite 129 und 130: D(y) := x -> f(y(x)); D(y) := x ↦
- Seite 131 und 132: Annahme: rechte Seitef : Ω ↦→
- Seite 133 und 134: ✬ ✩ Lemma 2.1.20 (Diskretes Gro
- Seite 135 und 136: ➁ Annahme A1:(y k ) N k=0 existie
- Seite 137 und 138: Merkregel: (Nur) für Einschrittver
- Seite 139 und 140: Fehlerrekursion e k = y(t k )−y k
- Seite 141 und 142: Wir haben gesehen: Eine approximati
- Seite 143 und 144: Der Beweis verwendet folgendes Hilf
- Seite 145 und 146: ✎ Notation: P s ˆ= Raum der univ
- Seite 147 und 148: ➤ (2.2.3) ˆ= (Nichtlineares) Gle
- Seite 149 und 150: „Beweis” (von Lemma 2.2.7, unte
- Seite 151 und 152: ✎ Übliche Notation für Koeffizi
- Seite 153 und 154: ∥ ≤ |h|·‖A‖ ∞ max ∥f(g
- Seite 155 und 156: Beweis auf der Grundlage des Satzes
- Seite 157 und 158: Mit g y := (g y 1 ,...,gy s), g z :
- Seite 159 und 160: Verschobene äquidistante Kollokati
- Seite 161: • Falls = 1 & c 1 = 1/2 (↔ einf
- Seite 165 und 166: Betrachte: ODE ẏ = f(t,y), f : I
- Seite 167 und 168: Beweis. (Analog zum Beweis von Lemm
- Seite 169 und 170: ✬ ✩ Theorem 2.2.30 (Einschritt-
- Seite 171 und 172: |ψ(t,y 0 ,h)−ψ(t,z 0 ,h)| ≤ 1
- Seite 173 und 174: Erinnerung: Verfahrensgleichungen e
- Seite 175 und 176: Zusammen mit Thm. 2.2.30 gibt dies
- Seite 177 und 178: mit vonhunabhängigen KonstantenC 1
- Seite 179 und 180: 9 8 Gauss points centered equidista
- Seite 181 und 182: ✬ → Quadraturformel von der Ord
- Seite 183 und 184: ➣ Einschrittfehlerfunktion löst
- Seite 185 und 186: Zusammen mit der Abschätzung für
- Seite 187 und 188: 1.6 1.4 1.2 1 y(t) s=1 s=2 s=3 s=4
- Seite 189 und 190: Listing 2.1: Berechung approximativ
- Seite 191 und 192: 5 f i g u r e(’name’,’Gaussia
- Seite 193 und 194: Π wird oft als die Menge der Pole
- Seite 195 und 196: a Im D Γ τ 1 τ 2 τ 3 τ 4 b R
- Seite 197 und 198: Abschätzungen für Legendre-Polyno
- Seite 199 und 200: Numerische Mathemtik Hilfmittel fü
- Seite 201 und 202: ✬ ✩ Lemma 2.2.74 (Obere Schrank
- Seite 203 und 204: Abildungen 67-69: Niveaulinien von
- Seite 205 und 206: atio min|P n (z)|/(nρ n ) 3.5 3 2.
- Seite 207 und 208: Uns interessiert: min z∈E ρ |P n
- Seite 209 und 210: Pole vonf: ±(2k +1) 2πi λ , k
- Seite 211 und 212: Im 1.5 1 0.5 0 y 0 = 1.1,λ = 5.5:
- Seite 213 und 214:
10 5 10 4 y0=1.1 λ=1 y0=1.1 λ=3.2
- Seite 215 und 216:
λ = 10: Fehler zum Zeitpunkt T=1,
- Seite 217 und 218:
y 0 = 0.10889,λ = 10: pole z 0 Num
- Seite 219 und 220:
λ = 5.5: Fehler zum Zeitpunkt T=1,
- Seite 221 und 222:
In Beispiel 2.2.83 konnten wir uns
- Seite 223 und 224:
Beispiel 2.3.1 (Konstruktion einfac
- Seite 225 und 226:
A echte untere Dreiecksmatrix A unt
- Seite 227 und 228:
grün Explizite Mittelpunktsregel:
- Seite 229 und 230:
Klassisches Runge-Kutta-Verfahren g
- Seite 231 und 232:
Wie reagiert ein Runge-Kutta -ESV a
- Seite 233 und 234:
Nun wollen wir Bedingungsgleichunge
- Seite 235 und 236:
Inkrementgleichungen für implizite
- Seite 237 und 238:
△ Numerische Mathemtik 2.3.2 Konv
- Seite 239 und 240:
✬ ✩ Lemma 2.3.23 (Konsistenz vo
- Seite 241 und 242:
Φ h y 0 = y 0 +hf(y 0 )+ 1 2 h2 Df
- Seite 243 und 244:
Beachte: Ψ h y 0 = y 0 +h ➌ Ψ h
- Seite 245 und 246:
➞ Konstruktion von RK-Verfahren v
- Seite 247 und 248:
Daher können wir aus (2.3.35) in d
- Seite 249 und 250:
2.4 Extrapolationsverfahren [8, Sec
- Seite 251 und 252:
Logistic ODE on [0;1], y(0) = 0.01,
- Seite 253 und 254:
Beispiel 2.4.3 (Romberg-Quadratur).
- Seite 255 und 256:
Rekursive Berechnung der Werte von
- Seite 257 und 258:
✬ ✩ Theorem 2.4.8 (Konvergenz e
- Seite 259 und 260:
2.4.3 Extrapolation von Einschrittv
- Seite 261 und 262:
Def. 2.1.11) entlang der Lösungstr
- Seite 263 und 264:
Damit haben wir das erste Glied der
- Seite 265 und 266:
Idee: Ordnungserhöhung durch Extra
- Seite 267 und 268:
Ablauf: Lokales Extrapolations-Eins
- Seite 269 und 270:
H > 0 ˆ= Schrittweite des Makrosch
- Seite 271 und 272:
2.4.5 Ordnungssteuerung Numerische
- Seite 273 und 274:
Anfangswert: y(0) = (−1,0,0.1,−
- Seite 275 und 276:
Anfangswertproblem aus Bsp. 1.4.9 (
- Seite 277 und 278:
✬ ✩ Theorem 2.4.22 (Asymptotisc
- Seite 279 und 280:
Annahme: Φ t f ,Φt g (analytisch)
- Seite 281 und 282:
Beweis. Für den Konsistenzfehler (
- Seite 283 und 284:
➋ Benutze (2.5.8) mit y ← y + h
- Seite 285 und 286:
✸ Numerische Mathemtik Einwand: S
- Seite 287 und 288:
2.6 Schrittweitensteuerung [8, Kap.
- Seite 289 und 290:
In simpleblowup at 22 Warning: Fail
- Seite 291 und 292:
Eine Möglichkeit, Einschrittverfah
- Seite 293 und 294:
Trotzdem scheint zeitlokale Schritt
- Seite 295 und 296:
Vergleich EST k ↔ TOL EST k ↔ T
- Seite 297 und 298:
-y0: Anfangszustandy 0 , -h0: Schri
- Seite 299 und 300:
Einfache adaptive Strategie aus Cod
- Seite 301 und 302:
Schrittweitenkorrektur bezieht sich
- Seite 303 und 304:
MATLAB-Implementierung: Ψ,˜Ψ ˆ=
- Seite 305 und 306:
10 0 reltol Adaptive trapezoidal ru
- Seite 307 und 308:
Numerische Mathemtik ☞ Grösserer
- Seite 309 und 310:
Schrittweitensteuerung verhindert I
- Seite 311 und 312:
Algorithmische Realisierung (ESV):
- Seite 313 und 314:
0 Numerische Mathemtik 1 5 3 10 4 5
- Seite 315 und 316:
4 3 abstol = 0.000010, reltol = 0.0
- Seite 317 und 318:
0.8 0.6 0.8 0.6 Numerische Mathemti
- Seite 319 und 320:
10 0 RK4 äquidistant ode45 adaptiv
- Seite 321 und 322:
1.2 1 10 1 10 0 10 −1 10 −2 tim
- Seite 323 und 324:
In diesem Abschnitt untersuchen wir
- Seite 325 und 326:
Φ h λ = Φλh 1 ⇒ Funktion hän
- Seite 327 und 328:
Numerische Mathemtik ✬ ✩ Theore
- Seite 329 und 330:
✬ ✩ Lemma 3.1.9 (Rationale Appr
- Seite 331 und 332:
• RK4-Verfahren (2.3.11): 0 0 0 0
- Seite 333 und 334:
2.5 3 3 2 1.5 2 2 Numerische Mathem
- Seite 335 und 336:
➀ Annahme: A diagonalisierbar ⇔
- Seite 337 und 338:
Wegen der Stetigkeit der Matrixinve
- Seite 339 und 340:
Für das Spektrum gilt σ(f(A)) = f
- Seite 341 und 342:
Das folgende Beispiel vermittelt ei
- Seite 343 und 344:
N k ∈ C d k,d k sind nilpotente M
- Seite 345 und 346:
Nun sieht man, dass die Annahme‖y
- Seite 347 und 348:
Numerische Mathemtik Betrachte eine
- Seite 349 und 350:
✬ ✩ { f(y ∗ ) = 0 ⇔ Φ h y
- Seite 351 und 352:
3 Numerische Mathemtik 2 Im 1 0 −
- Seite 353 und 354:
Wir fixierenM ∈ R d,d s.p.d. ➣
- Seite 355 und 356:
Numerische Mathemtik 40 Gradientenf
- Seite 357 und 358:
Beweis von Thm. 3.3.7. Betrachte Ga
- Seite 359 und 360:
Reλ < 0 ⇒ α < 0 ⇒ x T Ax = α
- Seite 361 und 362:
Logistische Differentialgleichung
- Seite 363 und 364:
✬ Theorem 3.3.18 (Kriterium für
- Seite 365 und 366:
✸ Numerische Mathemtik Beispiel 3
- Seite 367 und 368:
Definition 3.4.3 (L-Stabilität). N
- Seite 369 und 370:
Butcher-Schema (2.3.6) für konsist
- Seite 371 und 372:
1 1 1 1 5 3 12 − 12 1 1 3 1 4 4 3
- Seite 373 und 374:
AWP für ODE mit stark attraktivem
- Seite 375 und 376:
3.5 Steifheit Numerische Mathemtik
- Seite 377 und 378:
y = 1 stark attraktiver Fixpunkt
- Seite 379 und 380:
12 10 Chemical reaction: concentrat
- Seite 381 und 382:
Abschnitt 3.4 ➣ Wir wissen was zu
- Seite 383 und 384:
1.5 ode45 for attractive limit cycl
- Seite 385 und 386:
MATLAB-CODE : Semi-Implizites ESV f
- Seite 387 und 388:
Implizites Euler-Verfahren (1.4.13)
- Seite 389 und 390:
(3.6.2) ˆ= LGS der Dimension s ·
- Seite 391 und 392:
Idee: „Rettung” der Ordnung dur
- Seite 393 und 394:
Nächster Schritt: Bestimme Koeffiz
- Seite 395 und 396:
3 Energies for implicit midpoint di
- Seite 397 und 398:
Alternativen: Numerische Mathemtik
- Seite 399 und 400:
error Logistic ODE, y 0 = 0.100000,
- Seite 401 und 402:
Definition 3.7.7 (Exponentielle Run
- Seite 403 und 404:
R 1 C R 2 Knotengleichungen (Kircho
- Seite 405 und 406:
➣ Existenz & Eindeutigkeit von L
- Seite 407 und 408:
Bemerkung 3.8.5 (DAE: Transformatio
- Seite 409 und 410:
Idee: ➀ Betrachte AWPs für Dgl.
- Seite 411 und 412:
Aus dem Richtungsfeld liest man ab:
- Seite 413 und 414:
Numerische Mathemtik ➀ Falls Nebe
- Seite 415 und 416:
△ Numerische Mathemtik Welche Run
- Seite 417 und 418:
Beweisskizze: Auflösen von (3.8.4)
- Seite 419 und 420:
1 0.8 ode15s: Circuit DAE 1 0.8 ode
- Seite 421 und 422:
(3.8.19) ˆ= 2. Ordnung ➣ Umwandl
- Seite 423 und 424:
Häufiger Spezialfall: mitM ˆ= s.p
- Seite 425 und 426:
Idee: „Überliste MATLAB”, prob
- Seite 427 und 428:
Konkret für Pendelgleichung in Des
- Seite 429 und 430:
Sect. 3.8.2 ➣ Betrachte steif-gen
- Seite 431 und 432:
(steif-genau !) y 1 = g s Numerisch
- Seite 433 und 434:
4 Strukturerhaltende numerische Int
- Seite 435 und 436:
(1.2.8): I ist erstes Integral von
- Seite 437 und 438:
MATLAB-CODE : Berechnung des Präze
- Seite 439 und 440:
1.6 1.4 △ Numerische Mathemtik |y
- Seite 441 und 442:
✬ ✩ Lemma 4.1.6 (Erhaltung quad
- Seite 443 und 444:
✬ ✩ Theorem 4.1.10 (Nichterhalt
- Seite 445 und 446:
Beweis von Thm. 4.1.10 (Widerspruch
- Seite 447 und 448:
✬ ✩ Lemma 4.2.2 (Volumenerhalte
- Seite 449 und 450:
Lemma 1.3.29 ⇒ t ↦→ detW(t,y)
- Seite 451 und 452:
Explizites Euler-Verfahren für (er
- Seite 453 und 454:
Zu ➊: f(y) = d−1 ∑ i=1 g i,i+
- Seite 455 und 456:
Also sind die Teilfelder alle diver
- Seite 457 und 458:
✬ ✩ Theorem 4.3.1 (Reversible R
- Seite 459 und 460:
✬ ✩ Theorem 4.3.4 (Reversible G
- Seite 461 und 462:
Kommutierendes Diagramm Umkehr der
- Seite 463 und 464:
Idee: beide Seiten von (4.3.14) sin
- Seite 465 und 466:
Beweis. (siehe [16, Sect. V.1, Thm.
- Seite 467 und 468:
mit (glatter) Hamilton-FunktionH :
- Seite 469 und 470:
? Eine rätselhafte Beobachtung:
- Seite 471 und 472:
11 10 9 t=0 t=0.5 t=1 t=2 t=3 t=5 1
- Seite 473 und 474:
Bemerkung 4.4.6 (Konstante 2-Formen
- Seite 475 und 476:
Numerische Mathemtik y ✁ ω(x,y)
- Seite 477 und 478:
Numerische Mathemtik ✁ Veranschau
- Seite 479 und 480:
Das Konzept der Symplektizität ist
- Seite 481 und 482:
Numerische Mathemtik Hilfsmittel be
- Seite 483 und 484:
4.4.2 Symplektische Integratoren Nu
- Seite 485 und 486:
Verwende nun M = M T ⇒ (I−JM) T
- Seite 487 und 488:
Nach Voraussetzung erhält ̂Ψ h q
- Seite 489 und 490:
Bemerkung 4.4.28 (Partitionierte Ru
- Seite 491 und 492:
• Algebraische Bedingungen für E
- Seite 493 und 494:
1.5 Numerische Mathemtik Energieerh
- Seite 495 und 496:
(q ˆ= Position, p ˆ= Impuls) ṗ
- Seite 497 und 498:
✸ Numerische Mathemtik Beispiel 4
- Seite 499 und 500:
100 Trajektorien der Atome, Verlet,
- Seite 501 und 502:
Energie 10 3 Verlet auf [0,10]: Sch
- Seite 503 und 504:
−906 −908 Stoermer−Verlet: 10
- Seite 505 und 506:
Idee: Korrektur der Energiedrift (b
- Seite 507 und 508:
4.4.3 Rückwärtsanalyse Numerische
- Seite 509 und 510:
Beispiel 4.4.45 (Modifizierte Gleic
- Seite 511 und 512:
Beispiel 4.4.48 (Modifizierte Gleic
- Seite 513 und 514:
τ(y 0 ,h) := Φ h h y 0 −Ψ h y
- Seite 515 und 516:
Bemerkung 4.4.58 (Berechnung der Mo
- Seite 517 und 518:
Problem: Potenzreihe (inh) ∞∑ k
- Seite 519 und 520:
✬ ✩ Lemma 4.4.61 (“Abgeschnit
- Seite 521 und 522:
Idee: Erinnerung an Beweis des Konv
- Seite 523 und 524:
γ = 1, L = 1 10 2 Contours for 0.1
- Seite 525 und 526:
Beispiel 4.4.65 (Analytizitätsvora
- Seite 527 und 528:
Beweis. AufB ρ (0): konvergente Po
- Seite 529 und 530:
Schranke für|h|: Numerische Mathem
- Seite 531 und 532:
Numerische Mathemtik Schritt II. In
- Seite 533 und 534:
Beachte: per constructionem, Lemma
- Seite 535 und 536:
1 22 20 b=20, c=300 b=20, c=100 b=1
- Seite 537 und 538:
Verhalten der Schranke aus Thm. 4.4
- Seite 539 und 540:
∥ Ψh y− ˜Φ h h,l opt y ∥
- Seite 541 und 542:
Beweis. Siehe (4.4.62) und die dort
- Seite 543 und 544:
|h| ≤ R ( 2M (l+1)2cM ⇒ |˜f h,
- Seite 545 und 546:
(∗) „generisch akzeptabel” bz
- Seite 547 und 548:
➁ Symplektisches Euler-Verfahren
- Seite 549 und 550:
3 Explicit Euler, h = 0.500000, tra
- Seite 551 und 552:
(D y˜Φ h )(y 0 )−(D y Ψ h )(y
- Seite 553 und 554:
Thm. 4.4.88 ⇒ ˜f h,lopt (y) = J
- Seite 555 und 556:
Symplektisches Eulerverfahren (4.4.
- Seite 557 und 558:
Bemerkung 4.5.6.y(t) löst (4.5.1)
- Seite 559 und 560:
Notwendig: Startschritt aus (4.5.5)
- Seite 561 und 562:
0.25 Gautschi−Verfahren: h = 0.10
- Seite 563 und 564:
7 6 Gautschi−Verfahren: Konvergen
- Seite 565 und 566:
Numerische Mathemtik h-Abhängigkei
- Seite 567 und 568:
In (4.5.10), (4.5.11) ersetze: g(y
- Seite 569 und 570:
hω-Abhängigkeit der Energiedrift
- Seite 571 und 572:
Numerische Mathemtik Index R-revers
- Seite 573 und 574:
elementare Differentiale, 243 Energ
- Seite 575 und 576:
einer Quadraturformel, 160 Knotenan
- Seite 577 und 578:
partikuläre Lösung, 54 partitioni
- Seite 579 und 580:
L-, 367 Stabilitätsfunktion, 330 I
- Seite 581 und 582:
Numerische Mathemtik Beispiele und
- Seite 583 und 584:
Konvergenz expliziter Runge-Kutta-V
- Seite 585 und 586:
Numerische Mathemtik Definitionen R
- Seite 587 und 588:
Numerische Mathemtik MATLAB-Codes o
- Seite 589 und 590:
Numerische Mathemtik Appendix MATLA
- Seite 591 und 592:
• Beispiel 2.5.4 • Beispiel 2.5
- Seite 593 und 594:
Numerische Mathemtik Literaturverze
- Seite 595 und 596:
[18] E. HAIRER AND G. WANNER, Solvi