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Definition der Problemstellung

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Academic year: 2022

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170 004 Numerische Methoden I SS 2020 Themenliste zur Prüfung

Themenkreis Nichtlineare Gleichungen (Folien 1.–3. Vorlesung)

• Definition der Problemstellung. Lösung, Nullstelle, mehrfa- cher Nullstelle, Fixpunkt.

• Standardverfahren (Intervallhalbierung, Sekantenmethode, Newton-Verfahren, graphische Lösung).

• Formulierung als Nullstellen- und als Fixpunkt-Problem. Fixpunkt- Iteration. Konvergenzaussagen.

• Lineare Konvergenz der Intervallhalbierung, quadratische Konvergenz des Newton-Verfahrens. Zusammenhang Fehler und Iterationsschritt. Zusammenhang Konvergenzordnung mit Ableitungen im Fixpunkt. Kontrahierende Abbildung.

• Nichtlineare Gleichungen in mehreren Unbekannten. Jacobi- Matrix, Newton-Verfahren(mit den Varianten: gedämpft, oder fixe Jacobi-Matrix)

• Mehrdimensionale Iteration. Schreibweise mit Vektoren und vektorwertigen Funktionen. Norm eines Vektors, einer Ma- trix.

Lineare Gleichungssysteme und Eigenwertaufgaben (Folien 4.,5., 7. und 12. Vorlesung)

• Matrixschreibweise. Zusammenhang Rang–Determinante–Inverse–

Lösbarkeit. Konditionszahl und Fehlerempfindlichkeit.

• Unterscheidung direkte – iterative Verfahren. Standardver- fahren in beiden Fällen.

• Überbestimmte Gleichungssysteme: Definition, Lösungsmöglich- keiten. Begriffe: Restvektor, Fehlernorm. Nichtlineare über- bestimmte Systeme, Gauß-Newton-Verfahren.

• Rechenbefehl \ in MATLAB: welches Resultat liefert er, je nach vorliegender Angabe.

• Eigenwertaufgaben: Definition, einfache iterative Verfahren (Vektoriteration)

• Matrixzerlegungen: LR− und QR-Zerlegung und deren An- wendung zum Lösen von Gleichungssystemen. Singular Va- lue Decomposition.

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Themenkreis Interpolation, Approximation (Folien 6. u. 7. Vorle- sung)

• Definition der Aufgabenstellung: Was versteht man unter po- lynomialer Interpolation bzw. polynomialer Approximation.

Welche Daten sind gegeben, was ist gesucht.

• Standardverfahren zur polynomialen Interpolation. Verschie- dene Formen des Interpolationspolynoms (Lagrange, New- ton).

• Nachteile von Interpolationspolynomem hohen Grades. Spline- Interpolation

• Standardverfahren zur polynomialen Approximation oder Re- gression. Problem der Ausreißer. Nachteile der Methode der kleinsten Quadrate und Alternativen dazu.

• Numerische Integration: Aufgabenstellung, Standardverfah- ren (Trapez-, Simpson-, zusammengesetzte Formeln)

Themenkreis Differentialgleichungen (Folien 8.–10. u. 12. Vorle- sung)

• Definition der Aufgabenstellung „Anfangswertproblem für eine gewöhnliche Differentialgleichungn-ter Ordnung“: was ist gegeben, was ist gesucht.

• Umformulieren einer DG höherer Ordnung in ein System von DGen erster Ordnung

• Rechnerischer Ablauf eines Einschrittverfahrens. Eulersches Polygonzugverfahren und verbesserte Varianten.

• Begriff der Ordnung eines Einschrittverfahrens. Was bedeu- tet im MATLAB-Befehl ODE45 „ODE“, worauf bezieht sich

„45“.

• Partielle Differentialgleichungen: Definition, typische Beispie- le

Themenkreis Fourierreihen, diskrete Fouriertransformation, FFT (Folien 10. u. 11. Vorlesung)

• Aufgabenstellung. Reihen in Cosinus-Sinus-Form und in kom- plexer Schreibweise.

• Zusammenhang: Symmetrie der Funktion - welche Koeffizi- enten treten auf. Gibbs’sches Phänomen. Aliasing.

• FFT, Frequenzanalyse.

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