Vorlesung: Computerphysik
Sommersemester 2018
Mo. 12:00 - 13:30 Hörsaal III
Di. 14:00 - 15:30 Hörsaal III
Beginn der Vorlesung: Mo., der 09.04.2018
Di. 14:00 - 15:30 Hörsaal III
Beginn der Vorlesung: Mo., der 09.04.2018
Die mathematische Beschreibung physikalischer Systeme führt oft
auf Gleichungssysteme, die analytisch nur näherungsweise
gelöst werden können. Der Einsatz des Computers erlaubt es
jedoch, über diese Näherungen hinauszugehen und eine
"numerisch exakte" Lösung zu berechnen. In der Vorlesung
wird eine solche numerische Lösung an Beispielen aus
der klassischen Mechanik und der Quantenmechanik gezeigt. Dafür
ist es notwendig, numerische Algorithmen für z.B.
gekoppelte Differentialgleichungen und Eigenwert-Probleme
zu entwickeln.
Inhaltsverzeichnis:
Skript der Vorlesung
- Einführung: (einfache) mathematische Probleme
- Berechnung von Summen
- Umrechung von Dezimalzahlen in Dualzahlen
- Nullstellen
- Differentiation
- Integration
- Differentialgleichungen
- gewöhnliche Differentialgleichungen
Euler-Methode, Runge-Kutta, gekoppelte Differentialgleichungen,
Beispiele aus klassischer Mechanik und Quantenmechanik - partielle Differentialgleichungen
Diffusionsgleichung, Beispiele aus der Elektrodynamik - lineare Algebra
- Gauss-Elimination
- Determinanten
- Eigenwertprobleme
- Monte-Carlo Methoden
- Zufallszahlen
- Monte-Carlo-Integration
- Metropolis-Algorithmus
- Monte-Carlo für das Ising-Modell
- zelluläre Automaten
Skript der Vorlesung
Programmierkenntnisse/Programmiersprache:
Um die Beispiele aus der Vorlesung und den Übungen mit einem Computer ausführen zu lassen, benötigen wir eine Programmiersprache. In dieser Vorlesung wird die Programmiersprache Julia verwendet.
Vorkenntnisse in dieser oder einer anderen Programmiersprache sind natürlich hilfreich, aber nicht unbedingt notwendig, da die Einführung in das Programmieren mit Julia auch Teil der Vorlesung ist.
Weitere Informationen zu Julia, insbesondere eine ausführliche Dokumentation, finden Sie unter julialang.org.
Zum Erstellen der Programme können Sie die Jupyter-Notebook-Umgebung verwenden. Dafür gibt es mehrere Möglichkeiten:
Um die Beispiele aus der Vorlesung und den Übungen mit einem Computer ausführen zu lassen, benötigen wir eine Programmiersprache. In dieser Vorlesung wird die Programmiersprache Julia verwendet.
Vorkenntnisse in dieser oder einer anderen Programmiersprache sind natürlich hilfreich, aber nicht unbedingt notwendig, da die Einführung in das Programmieren mit Julia auch Teil der Vorlesung ist.
Weitere Informationen zu Julia, insbesondere eine ausführliche Dokumentation, finden Sie unter julialang.org.
Zum Erstellen der Programme können Sie die Jupyter-Notebook-Umgebung verwenden. Dafür gibt es mehrere Möglichkeiten:
- online: juliabox (Anmeldung erforderlich);
- auf den Linux-Rechnern im Ciplab ist jupyter installiert;
- auf dem eigenen PC/Laptop;
Literatur:
Hier eine Auswahl an weiterführender Literatur zu den Themen Computerphysik und Numerische Mathematik:
Zur Programmiersprache Julia:
Hier eine Auswahl an weiterführender Literatur zu den Themen Computerphysik und Numerische Mathematik:
- S. Gerlach
Computerphysik - Einführung, Beispiele und Anwendungen
Springer Spektrum - W. Krauth
Statistical Mechanics: Algorithms and Computations
Oxford University Press - T. Pang
An Introduction to Computational Physics
Cambridge University Press - W.H. Press, S.A. Teukolsky, W.T. Vetterling,
B.P. Flannery
Numerical Recipes: The Art of Scientific Computing
Cambridge University Press
Zur Programmiersprache Julia:
- Ivo Balbaert
Getting Started with Julia
Packt Publishing
Uni-Bibliothek - Malcolm Sherrington
Mastering Julia
Packt Publishing
Uni-Bibliothek
Übungen:
- Gruppe 1: Mi. 12:00 - 13:30, Ciplab
Übungsleiter: Jan Müller (E-Mail: jmueller) - Gruppe 2: Mi. 14:00 - 15:30, Ciplab
Übungsleiter: Lukas Heinen (E-Mail: lheinen) - Gruppe 3: Mi. 16:00 - 17:30, Ciplab
Übungsleiter: Tim Eschmann (E-Mail: eschmann) - Gruppe 4: Do. 14:00 - 15:30, Ciplab
Übungsleiter: Kai Meinerz (E-Mail: kmeinerz) - Gruppe 5: Do. 16:00 - 17:30, Ciplab
- in english! -
Übungsleiterin: Bahar Ghannad (E-Mail: bahar) - Gruppe 6: Fr. 10:00 - 11:30, Ciplab
- in english! -
Übungsleiter: Tathagata Chowdhury (E-Mail: tatha) - Gruppe 7: Fr. 12:00 - 13:30, Ciplab
Übungsleiter: Bernd Große Jüttermann (E-Mail: berndgj) - Gruppe 8: Fr. 14:00 - 15:30, Ciplab
Übungsleiter: Dominik Kiese (E-Mail: dkiese)
Ausgabe der Übungsblätter:
Jeweils am Montag als pdf-file auf dieser Web-Seite.
Bearbeitung der Übungsblätter:
Die Aufgaben dürfen in Gruppen mit bis zu drei Studierenden derselben Übungsgruppe bearbeitet und gemeinschaftlich abgegeben werden.
Rückgabe der Übungsblätter:
Programme: bis spätestens 12:00 Uhr des darauffolgenden Montags per E-Mail an die Tutorinnen/Tutoren (ein Notebook-Dokument mit den einzelnen Aufgaben bzw. Teilaufgaben in separaten Zellen, die nacheinander ausgeführt werden können).
schriftlicher Teil: entweder einscannen oder als latex/pdf-file, oder im Jupyter-Notebook als Text, ebenfalls bis Montag 12:00 Uhr per E-Mail an die Tutorinnen/Tutoren
Termin: Dienstag, der 31.07.2018, 13:30-16:30 Uhr, Hörsaal I
Bonuspunkteregelung:
Für je 10 Punkte aus den Übungen gibt es 0.5 Bonuspunkte, maximal sind 10 Bonuspunkte für die Klausur anrechenbar:
- b = Bonuspunkte (maximal b = 10)
- k = Punkte aus der Klausur (maximal sind 100 Punkte zu erreichen)
- k' = k + b (zum Bestehen der Klausur benötigen Sie mindestens k' = 50 Punkte)
Die Bonuspunkte gelten für beide Klausuren im SS2018, können aber nicht auf die Klausuren in späteren Semestern übertragen werden.
Studierende, die die Zulassung bereits in früheren Semestern erworben haben, können durch die Teilnahme an den Übungen in diesem Semester ebenfalls (nach denselben Regeln) Bonuspunkte erwerben.
Zulassungskriterien:
mindestens 3 Bonuspunkte aus den Übungen.
Hinweise zur Klausur/Nachklausur:
- Die Deckblätter werden nach Matrikelnummern sortiert im Hörsaal ausgelegt (aufsteigend, von vorne links nach hinten rechts, vom Eingang aus gesehen).
- Auf dem Deckblatt finden Sie rechts oben eine zweistellige Nummer. Unter diesen Nummern werden nach der Klausurkorrektur die Ergebnisse auf der Web-Seite der Vorlesung veröffentlicht.
- Bitte unbedingt Personalausweis und Studienausweis mitbringen!
- Der Stoff der Klausur umfasst, wie üblich, den gesamten Stoff der Vorlesung sowie der Übungsblätter.
- Hilfsmittel wie Taschenrechner, Skript, Bücher, etc. sind nicht zugelassen.
- Bitte nur Kugelschreiber (schwarz oder blau) oder Füller mit schwarzer Tinte verwenden (keine blaue Tinte).
- Schreiben Sie die Lösungen zu den einzelnen Aufgaben bitte auf separate Blätter.
- Geben Sie keine Blätter mit Notizen/Nebenrechnungen etc. ab.
Nachklausur:
Termin: Freitag, der 05.10.2018, 9:00 - 12:00 Uhr, Hörsaal II