47 Giai BToan Matlab

ĐẠI HỌC QUỐC GIA HÀ NỘI TRƯỜNG ĐẠI HỌC KHOA HỌC TỰ NHIÊN -----------  ----------- ĐỀ CƯƠNG MÔN HỌC GIẢI CÁC BÀI TOÁN VẬT LÝ TRÊN MÁY TÍNH BẰNG MATLAB 1. Thông tin về giảng viên: - Họ và tên: Lê Viết Dư Khương - Chức danh, học hàm, học vị: PGS. TS - Thời gian, địa điểm làm việc: Giờ hành chính, P.408, T5, ĐHKHTN - Địa chỉ liên hệ: Bộ môn Tin học Vật lý, P.408, T5, ĐHKHTN - Điện thoại, email: 04.558.4085(CQ), 04.826.0714(NR), khuonglvd@vnu.edu.vn - Thông tin trợ giảng: Nguyễn Thị Thanh Nhàn, ThS, email: 04.558.4085(CQ), 04.854.6752(NR), nhan_khtn@yahoo.com.vnl; Nguyễn Cảnh Việt, ThS, P.408, T5, ĐHKHTN, 04.558.4085(CQ), vietnc@vnu.edu.vn 2. Thông tin về môn học: - Tên môn học: Giải các bài tính vật lý trên máy tính bằng MatLab - Mã môn học: - Số tín chỉ: 03 - Giờ tín chỉ đối với các hoạt động học tập: + Nghe giảng lý thuyết trên lớp: 30 + Làm bài tập (thực hành): 10 + Thảo luận trên lớp: 02 + Tự học, tự nghiên cứu: 03 - Đơn vị phụ trách môn học: + Bộ môn: Tin học Vật lý + Khoa: Vật lý - Môn học tiên quyết: + Vật lý Đại cương + Toán cho Vật lý + Xác xuất và thống kê + Phương pháp số + Tin học đại cương. - Môn học kế tiếp: + Khóa luận tốt nghiệp 3. Mục tiêu của môn học: - Kiến thức: + Nắm được các kiến thức cơ bản của ngôn ngữ lập trình MatLab. + Lập trình được bằng MatLab để tính toán giải tích, số và hiển thị đồ họa. + Biết vận dụng công cụ tính toán hiện đại học, dạy và nghiên cứu vật lý. - Kĩ năng: + Biết xây dựng thuật giải và viết chương trình cho các bài toán vật lý. + Biết phát hiện lỗi và chỉnh sửa chương trình. + Biết giải thích và phân tích kết quả tính toán. - Mục tiêu khác: + Khả năng tự học, thái độ nghiêm túc, thận trọng trung thực và khách quan trong nghiên cứu khoa học, … 4. Tóm tắt nội dung môn học: - Giải các bài toán vật lý trên máy tính bằng MatLab là môn học trang bị cho sinh viên các khái niệm cơ bản nhất về lập trình máy tính bằng ngôn ngữ MatLab để nghiên cứu các đối tượng, hiện tượng thuộc các lĩnh vực khác nhau trong vật lý. Kết quả thu được có thể là các dạng biểu thức toán, các mảng số liệu hoặc các đồ họa phức tạp. - Môn học trang bị cho sinh viên khả năng làm chủ được một ngôn ngữ lập trình KHKT rất mạnh và thông dụng để có thể giải được một cách nhanh chóng và dễ dàng các bài toán lớn và phức tạp thuộc các lĩnh vực toán học ứng dung khác nhau: - Các bài toán giải tích cơ bản. - Các bài toán đại số và đại số tuyến tinh. - Giải các bài toán tối ưu. - Giải các phương trình phi tuyến và phương trinh vi phân. - Nội suy và xấp xỉ hàm. - Xử lý các số liệu thực nghiệm. - Môn học cũng đòi hỏi sinh viên có khả năng hiệu chỉnh thuật giải, chương trình đã đề xuất, khả năng phân tích, giải thích và đánh giá các kết quả tính toán thu được bằng các chương trình tự lâp. 5. Nội dung chi tiết môn học: PHẦN I: CƠ SỞ NGÔN NGỮ LẬP TRÌNH MATLAB Chương 1: Các khái niệm cơ bản 1.1. Giới thiệu phần mền MatLab 1.2. Làm việc trong môi trường MatLab 1.3. Các lớp dữ liệu. 1.4. Biến và cấu trúc mảng của biến trong MatLab. Chương 2: Tính toán trên các mảng số 2.1. Biểu thức tính toán số. 2.2. Khởi tạo các mảng số 2.3. Các phép tính trên mảng số 2.4. Các hàm toán học và logic 2.5. Xử lý, tính toán các mảng số Chương 3: Xử lý các lớp dữ liệu khác 3.1. Xử lý các biểu thức văn bản trong MatLab 3.2. Xử lý các biểu thức toán học. 3.3. Xử lý dữ liệu lớp cấu trúc( struct). 3.4. Xử lý dữ liệu lớp cell. Chương 4: Nhập - xuất dữ liệu trong MATLAB 4.1. Nhập dữ liệu từ bàn phím bằng hàm input. 4.2. Nhập dữ liệu từ chuột bằng hàm menu. 4.3. Xuất dữ liệu ra cửa sổ lệnh bằng hàm disp. Hàm format và các khuôn dạng số. 4.4. Xuất dữ liệu ra cửa sổ lệnh bằng hàm fprintf. 4.5. Xuất dữ liệu ra file bằng lệnh save. 4.6. Nhập dữ liệu từ file bằng lệnh load. 4.7. Nhập xuất dữ liệu với các file văn bản có định dạng bằng các hàm fopen, fscanf, fprintf, fclose. Chương 5: Các lệnh điều khiển trong MATLAB 5.1. Các lệnh rẽ nhánh: if ... end, switch ... end, try … end 5.2. Các lệnh lặp : for ... end, while ... end 5.3. Các lệnh chuyển trong vòng lặp. 5.4. Lệnh chuyển đến cuối m-file. 5.5. Hàm tạm dừng. Chương 6: Hàm do người dùng tự lập 6.1. Hàm biểu thức inline. 6.2. Hàm biểu thức @. 6.3. Hàm m-file. Chương 7: Đồ họa trong MATLAB 7.1. Mở đầu. 7.2. Đồ họa 2 chiều. 7.3. Đồ họa 3 chiều. 7.4. Đồ họa chuyển động. 7.5. Thiết kế giao diện đồ họa. PHẦN II: GIẢI CÁC BÀI TOÁN TRÊN MÁY TÍNH BẰNG MATLAB Chương 8: Các bài toán giải tích cơ bản 8.1. Tính giá trị giới hạn. 8.2. Tính đạo hàm 8.3. Tính tích phân 8.4. Khai triển chuỗi lũy thừa. 8.5. Tính tổng và tính chuỗi. 8.6. Các biến đổi tích phân. Chương 9: Các bài toán về đa thức và phân thức hữu tỷ 9.1. Định nghĩa. 9.2. Các dạng biểu diễn và cách tính giá trị. 9.3. Các phép tính đại số và giải tích. 9.4. Tìm 0-điểm của đa thức và xác định đa thức từ các 0-điểm. 9.5. Đa thức trên từng đoạn. Chương 10: Bài toán giải các phương trình phi tuyến 10.1. Mở đầu. 10.2. Tìm nghiệm giải tích. 10.3. Tìm nghiệm số. Chương 11: Bài toán tối ưu phi tuyến 11.1. Mở đầu. 11.2. Tìm cực trị không điều kiện. 11.3. Tìm cực trị có điều kiện. Chương 12: Các bài toán đại số tuyến tính 12.1. Vector và không gian vector. 12.2. Ma trận và ánh xạ tuyến tính. 12.3. Hệ phương trình đại số tuyến tính. Chương 13: Bài toán nội suy và xấp xỉ hàm 13.1. Mở đầu. 13.2. Nội suy và xấp xỉ đa thức. 13.3. Nội suy đa thức trên từng đoạn. 13.4. Nội suy và xấp xỉ đa thức suy rộng . 13.5. Nội suy và xấp xỉ phi tuyến. 13.6. Nội suy và xấp xỉ nhiều chiều. Chương 14: Bài toán giải các phương trình vi phân thường 14.1. Mở đầu. 14.2. Tìm nghiệm giải tích. 14.3. Tìm nghiệm số bài toán Cauchy. 14.4. Tìm nghiệm số bài toán biên bằng phương pháp bắn. Chương 15: Các bài toán xử lý số liệu thực nghiệm 15.1. Các xử lý thống kê đơn giản. 15.2. Phân tích Fourier. 15.3. Lọc tín hiệu. 6. Học liệu: - Học liệu bắt buộc: 1. Lê Viết Dư Khương, Bài giảng giải các bài toán vật lý trên máy tính bằng MatLab . Khoa Vật lý. TĐHKHTNHN. 2. D.M. Etter, Engineering Problem Solving with MatLab, Prentice-Hall International Inc. New Jersey, 1993. 3. G. Lindfiield , J. Penny, Numerical Methods Using Matlab, ELLIS HORWOOD - Học liệu tham khảo: 4. Nguyễn Hoàng Hải, Nguyễn Việt Anh. Lâp trình MATLAB và ứng dụng. 5. Getting started with MATLAB. getstart.pdf, www.MathWorks.com 6. Using MATLAB. using_ml.pdf , www.MathWorks.com 7. Using MATLAB Graphics. grphs.pdf, www.MathWorks.com 8. Symbolic Mathematica Toolbox. symbolic_tb.pdf, www.MathWorks.com 7. Hình thức tổ chức dạy học: 7.1. Lịch trình chung: Nội dung Hình thức tổ chức giảng dạy Tổng Lý thuyết Bài tập Thảo luận Thực hành, thí nghiệm Tự học, tự nghiên cứu Chương 1 2 2 Chương 2 2 2 Chương 3 2 2 Chương 4 2 2 Chương 5 2 1 3 Chương 6 2 1 3 Chương 7 2 1 1 1 5 Chương 8 2 1 3 Chương 9 2 1 3 Chương 10 2 1 3 Chương 11 2 1 3 Chương 12 2 1 3 Chương 13 2 1 1 4 Chương 14 2 1 3 Chương 15 2 1 3 7.2. Lịch trình tổ chức dạy học cụ thể: Tuần Nội dung chính Yêu cầu sinh viên chuẩn bị Hình thức tổ chức dạy học Kiến thức cốt lõi Tuần 1 Các khái niệm cơ bản trong Matlab Đọc trước bài giảng chương 1 Lý thuyết: 2 giờ tín chỉ Các khái niệm cơ bản trong Matlab Tuần 2 Tính toán trên các mảng số Đọc trước bài giảng chương 2 Lý thuyết: 2 giờ tín chỉ Các phép toán, các hàm trên các mảng số Tuần 3 Xử lý các lớp dữ liệu char, sym, struct, cell. Đọc trước bài giảng chương 3 Lý thuyết: 2 giờ tín chỉ Xử lý các lớp dữ liệu char, sym, struct, cell. Tuần 4 Xuất-nhập dữ liệu. Đọc trước bài giảng chương 4 Lý thuyết: 2 giờ tín chỉ Các hàm xuất-nhập dữ liệu cơ bản. Tuần 5 Các lệnh điều khiển. Đọc trước bài giảng chương 5 Lý thuyết: 2 giờ tín chỉ Thực hành: 1 giờ tín chỉ Các lệnh điều khiển. Tuần 6 Hàm người dùng tự lập. Đọc trước bài giảng chương 6 Lý thuyết: 2 giờ tín chỉ Thực hành: 1 giờ tín chỉ Tự lập các hàm trong Matlab. Tuần 7 Đồ họa trong Matlab Đọc trước bài giảng chương 7 Lý thuyết: 2 giờ tín chỉ Thực hành: 1 giờ tín chỉ Tự học: 1 giờ tín chỉ. Thảo luận: 1 giờ tín chỉ. Sử dụng đồ họa trong Matlab. Tuần 8 Các bài toán giải tích cơ bản. Đọc trước bài giảng chương 8 Lý thuyết: 2 giờ tín chỉ. Thực hành: 1 giờ tín chỉ. Các bài toán giải tích cơ bản. Tuần 9 Đa thức và phân thức hữu tỷ. Đọc trước bài giảng chương 9 Lý thuyết: 2 giờ tín chỉ Thực hành: 1 giờ tín chỉ. Đa thức và phân thức hữu tỷ. Tuần 10 Giải các phương trình phi tuyến Đọc trước bài giảng chương 10 Lý thuyết: 2 giờ tín chỉ Thực hành: 1 giờ tín chỉ. Cách giải các phương trình phi tuyến Tuần 11 Bài toán tối ưu. Đọc trước bài giảng chương 11 Lý thuyết: 2 giờ tín chỉ Thực hành: 1 giờ tín chỉ. Cách giải toán tối ưu. Tuần 12 Các bài toán đại số tuyến tính. Đọc trước bài giảng chương 12 Lý thuyết: 2 giờ tín chỉ Thực hành: 1 giờ tín chỉ. Cách giải các bài toán đại số tuyến tính. Tuần 13 Bài toán nội suy và xấp xỉ hàm. Đọc trước bài giảng chương 13 Lý thuyết: 2 giờ tín chỉ Thực hành: 1 giờ tín chỉ. Tự học: 1 giờ tín chỉ Các cách để nội suy và xấp xỉ hàm. Tuần 14 Giải các phương trình vi phân thường. Đọc trước bài giảng chương 14 Lý thuyết: 2 giờ tín chỉ Thực hành: 1 giờ tín chỉ. Các phương pháp giải các phương trình vi phân thường. Tuần 15 Xử lý số liệu thực nghiệm Đọc trước bài giảng chương 15 Lý thuyết: 2 giờ tín chỉ Thảo luận: 1 giờ tín chỉ. Các phương pháp cơ bản để xử lý số liệu thực nghiệm 8. Yêu cầu của giảng viên đối với môn học: - Giảng đường cho việc giảng dạy phải có trang bị máy chiếu projector. - Phòng máy tính cho sinh viên thực hành. - Yêu cầu sinh viên tham gia đầy đủ các giờ giảng trên lớp và làm đầy đủ các bài tập được giao. Nếu sinh viên nghỉ quá 3 buổi kể cả có lý do sẽ không được thi học kì môn học. 9. Phương pháp kiểm tra và hình thức kiểm tra đánh giá từng môn học: 9.1. Các loại điểm kiểm tra và trọng số của từng loại điểm: - Điểm kiểm tra thường kỳ: 30 % - Điểm kiểm tra giữa kì: 40 % - Điểm cuối kì: 30 % 9.2. Lịch thi và kiểm tra(kể cả thi lại).: - Hình thức thi: Lập trình trên máy tính - Thời gian thi: 60 phút - Kiểm tra giữa kì vào tuần thứ: 10 - Kiểm tra cuối kì vào ngày thứ: 15 tính từ ngày kết thúc môn học - Kiểm tra lại vào ngày thứ: 15 tính từ ngày kiểm tra cuối kì. DUYỆT CỦA TRƯỜNG P.CHỦ NHIỆM KHOA GIẢNG VIÊN KT. HIỆU TRƯỞNG PHÓ HIỆU TRƯỞNG PGS.TS. Bùi Duy Cam GS.TS. Nguyễn Quang Báu PGS.TS. Lê Viết Dư Khương PAGE \* MERGEFORMAT 9