Teaching page G. Sleijpen

Modellen en simulatie, voorjaar 2012

Course code: WISB134

INSTRUCTEURS

Klik de naam voor contact gegevens.
(FG = Freudenthal Gebouw, voorheen Wiskunde Gebouw)
Docent: Gerard L.G. Sleijpen (@uu.nl, FG 504, 030 253 1732)
Practicumleiders en assistenten:
        Groep 1, BBL 083, (BBL 106 in blok 4)
               Sebastiaan A. Klein (@uu.nl, FG 703, 030 253 1527),
               Esther Bod (@uu.nl, FG 606, 030 253 1520),
               Joost T. de Kruijff (@students.uu.nl), Nick Verheul (@students.uu.nl)
        Groep 2, BBL 103, (BBL 109 in blok 4)
               Roy L.M. Wang (@uu.nl, FG 804, 030 253 4630),
               Joost R. Renes (@students.uu.nl)
De groepsindeling wordt in het begin van de cursus vastgelegd en kan daarna niet meer gewijzigd worden (in verband met het nakijken en nabespreken van de verslagen).

TIJD en PLAATS

Blok 3 Tijd Plaats
Hoorcollege Woensdag 13:15 - 15:00 Aard Groot
Werkcollege/
computer practicum
Woensdag 15:15 - 17:00 BBL 083  
BBL 103   BBL 106  
Blok 4 Tijd Plaats
Hoorcollege Woensdag 13:15 - 15:00 Min 211
Werkcollege/
computer practicum
Woensdag 15:15 - 17:00 (BBL 161)  
BBL 106   BBL 109  
Tentamen Woensdag, 27 juni, 13:30 - 16:30 Educatorium Beta Zaal
Hertentamen Woensdag, 22 augustus, 13:00 - 17:00

Geen college/werkcollege op woensdag 14 maart, 18 april en 30 mei ((her)tentamens).

STUDIEBELASTING

ECTS : 7.5 studiepunten

Met een gemiddelde studiebelasting van 60 ECTS per jaar of 15 ECTS per periode, wordt verwacht dat je aan een vak van 7.5 ECTS dat in twee periodes gegeven wordt –als Modellen en Simulatie– gemiddeld zo'n 10 uur per week werkt (gedurende 18 weken).

INHOUD

In dit vak staat de betekenis van de wiskunde voor wetenschap en maatschappij centraal. We maken kennis met wiskundige modellen voor verschijnselen in de biologie, de mechanica en de economie. Voor elk van deze probleemgebieden worden vervolgens wiskundige technieken gepresenteerd die ontleend zijn aan de lineaire algebra, de theorie van iteratie en differentievergelijkingen en de theorie van differentiaalvergelijkingen. Achtereenvolgens komen wat de wiskunde betreft aan de orde: iteratie van functies, bifurcaties, Markov processen, differentievergelijkingen lineair en niet-lineair, differentiaalvergelijkingen van eerste en tweede orde en optimalisatie d.m.v. de simplexmethode.

WERKWIJZE

In tegenstelling tot wat je gewend bent van andere wiskundevakken ligt de nadruk niet zozeer op het zorgvuldig formuleren en bewijzen van stellingen, maar vooral op toepassingen waarbij de computer een sleutelrol vervult. De typische gang bij het opstellen en toepassen van een wiskundig model zou je in drie fasen kunnen opsplitsen:

  • Geconfronteerd met een onopgelost probleem of onbegrepen fenomeen uit natuurkunde, scheikunde, biologie, economie of noem maar op, probeer je allereerst een vertaling te maken naar een wiskundige formulering. Je maakt hierbij doorgaans gebruik van vereenvoudigingen, waarbij je natuurlijk probeert te voorkomen dat de essentie van het probleem verloren gaat (modelvorming).

  • Vervolgens ga je het wiskundige probleem, al dan niet numeriek, analyseren. Hierbij zul je vaak je toevlucht nemen tot computers (simulatie), maar niet voordat je zorgvuldig over het probleem hebt nagedacht.

  • Tenslotte interpreteer je de wiskundige uitspraken binnen haar wetenschappelijk context.

Dit is slechts een schets. In de praktijk zul je vaak tussen deze fasen heen en weer springen om je model waar nodig te corrigeren of te verfijnen.

De eerste en derde fase lenen zich vooral voor bespreking tijdens een hoorcollege of theoretisch practicum, terwijl je met de tweede fase het best ervaring kunt opdoen terwijl je achter een computer zit. Als je deze werkwijze voor ogen houdt zul je begrijpen dat het practicum een integraal onderdeel van het vak uitmaakt, en dat tijdens het practicum intensief gebruik zal worden gemaakt van de computer. Van een aantal opgaven moet een verslag worden gemaakt.

CURSUSMATERIAAL

Bij het college en de practica wordt gebruik gemaakt van het dictaat Modellen en Simulatie (pdf) van Frits Beukers, verkrijgbaar bij de dictaatverkoop in het Minnaertgebouw.
Voor een aantal opgaves zijn er Mathematica notebooks.

Onderstaande transparanten van de colleges die dit jaar (2012) nog niet gegeven zijn, zijn die van de cursus van afgelopen jaar. Wellicht dat de transparanten voor gebruik bijgewerkt zullen worden. De oude variant zal vervangen worden door de nieuwe.

TOETSING

Er dienen 3 verslagen ingeleverd te worden. Hier vind je instructies over het schrijven van een verslag en de wijze waarop een verslag beoordeeld wordt. Lees deze instructies zorgvuldig.

Aan het eind van het college is een tentamen. Het eindcijfer komt tot stand door het gemiddelde te nemen van de beoordelingen voor

  • de 3 in te leveren verslagen
  • en het (her)tentamen
mits voor het laatste minimaal een 5 behaald is. Kortom, E = (V1 + V2 + V3 + max(T,H) )/4.

Tentamen en hertentamen gaan allebei over de inhoud van de hele cursus.

Tentamenstof 2011: hoofdstuk 1 tot en met hoofdstuk 7.

Hierbij mogen het dictaat, kopieën van de transparanten en een eenvoudige rekenmachine gebruikt worden. Uitwerkingen van opgaven mogen niet gebruikt worden.

Deelresultaten uit de cursus van vorig jaar (ingeleverde opgaven e.d.) zijn dit jaar niet meer geldig.

TENSLOTTE

Tenslotte nog een waarschuwing: Het is gebleken dat het vak door studenten in het verleden als zeer moeilijk werd ervaren. Niet zozeer de zwaarte als wel de diversiteit aan onderwerpen –en bijgevolg het rappe tempo waarin deze de revue passeren– is een van de redenen hiervoor. Een tweede reden is de ietwat andere invalshoek dan je wellicht gewend bent: minder diepgang, maar een grotere reikwijdte zogezegd. Laat dit alles vooral geen afschrikking zijn: Modellen en Simulatie is een boeiend vak dat duidelijk maakt hoe belangrijk wiskunde is bij het oplossen van maatschappelijk relevante vraagstukken.

Rooster

Col-W Dd
1-6 8/2
2-7 13
3-8 22
4-9 29
5-10 7/3
6-12 21
7-13 28
8-14 4/4
9-15 11
10-17 25
11-18 2/5
12-19 9
13-20 16
14-21 23
15-23 6/6
16-24 13
WC
17-25
20
Tent-27 4/7
HTent 22/8

Globaal doen we een hoofdstuk per twee week. De details hieronder voor de colleges die dit jaar nog niet gegeven zijn, zijn die van de cursus van afgelopen jaar. De details zullen t.z.t. bijgewerkt worden.

  • College 1 en 2.
    Populatiegroei van één soort en recursies, recursies in één variabele (theorie), logistische groei   (zie hoofdstuk 1).
    Bijbehorende opgaven hoofdstuk 1 voor het werkcollege: 1.4.1-10.
    Bij een aantal opgaven zou het notebook “Recursies” van Arjen Baarsma (2011) behulpzaam kunnen zijn. (Een oudere versie is “iteratie” en, toegespitst op de logistische groei, heeft Tammo Jan Dijkema het notebook “logistgr” van behulpzame commentaren voorzien.)
    Het eerste verslag gaat over opgave 1.4.12 (insecten populatie), in te leveren aan het begin van werkcollege 4. Hoe inleveren?
  • College 3 en 4.
    Lesliematrices, matrixrecursie (theorie), stelling van Perron-Frobenius, Markovketens (theorie)   (zie hoofdstuk 2).
    Bijbehorende opgaven hoofdstuk 2 voor het werkcollege: 2.6.1, 2.6.4-7, 2.6.8, 2.6.12-13, 2.6.15, 2.6.18.
  • College 5 en 6.
    Markovketens (voorbeelden)   (zie hoofdstuk 2).
    Algemene recursie in Rm, modellen, stabiliteit   (zie hoofdstuk 3).
    Resterende opgaven hoofdstuk 2: 2.6,9, 2.6.11 en 2.6.18.
    Bijbehorende opgaven hoofdstuk 3 voor het werkcollege: 3.4.1-4.
    Het tweede verslag gaat over opgave 3.4.6 (De stuiterende bal). In te leveren aan het begin werkcollege 10. Hoe inleveren?
  • College 7 en 8.
    Chaos voor algemene recursies in Rm   (zie hoofdstuk 3).
    Differentiaalvergelijkingen van orde 1 en 2, lineaire differentiaalvergelijkingen met constante coëfficiënten   (zie de secties 4.1, 4.2, 5.1, 5.2).
    Uit hoofdstuk 3 voor het werkcollege: 3.4.4, 3.4.5.
    Uit hoofdstuk 4 voor het werkcollege: 4.4.1.a,b,c, 4.4.2.a,b,d, 4.4.3, 4.4.4, 4.4.6 (met uitgebreiding 4.4.6.d), 4.4.9, 4.4.12-14.
  • College 10.
    Harmonische oscillator, resonantie (sektie 4.3).
    Meer informatie over de Tacoma brug:
           http://ta.twi.tudelft.nl/nw/users/vuik/information/tacoma.html
           http://www.cornelsen.de/physikextra/htdocs/Resonanz.html
           http://www.bernd-nebel.de/bruecken/4_desaster/tacoma/tacoma.html
    Over ongewenste resonanties (flutter) in vliegtuigen:
          http://whatreallyhappened.com/WRHARTICLES/airbus.html?q=airbus.html
    Stelsels differentiaalvergelijkingen, autonome stelsels in R^2: het lineaire geval (de secties 5.1 en 5.2) .
    Werkcollege 10:   4.4.0, 4.4.10.a en e, 4.4.11, 4.4.16
    Het derde verslag gaat over opgave 4.4.18 (Resonantie in een electronische schakeling). In te leveren aan het begin werkcollege 15. Hoe inleveren?
  • College 11.
    Stelsels differentiaalvergelijkingen, autonome stelsels in R^2: algemeen. (Sectie 5.3).
    Werkcollege 11:   5.6.1,   5.6.6,   5.6.13.
  • College 12
    Stelsels differentiaalvergelijkingen, autonome stelsels in R^2: algemeen. Numeriek oplossen. (De secties 5.3, 5.4, 5.5).
    Werkcollege 12:   5.6.14 (a)t/m(f),   5.6.12,   5.6.13.
  • College 13 .
    Lineaire programmering, lineaire ongelijkheden, de simplexmethode (secties 6.1-3.
    Extra opgave bij hoofdstuk 5 (Epidemie).
    Bijbehorende opgaven hoofdstuk 6 voor het werkcollege: 6.5.1, 6.5.2, 6.5.4, 6.5.11-13 (kan zonder de simplex methode).
  • College 14.
    Lineaire programmering, lineaire ongelijkheden, de simplexmethode (Hoofdstuk 6).
    Bijbehorende opgaven hoofdstuk 6 voor het werkcollege: 6.5.2 (met de simplex methode), 6.5.3, 6.5.7, 6.5.14
  • College 15 en 16.
    Spel theorie (Hoofdstuk 7) en Simulated Annealing (Hoofdstuk 8)
    Opgave voor het werkcollege: 6.5.10, 6.5.11, 6.5.14 en 7.3.3.
    Tentamen, 17 april 2009
  • Werkcollege 17.
    Tentamen, 18 april 2008
  • Tenamen (29 juni) over Hoofdstuk 1 tot en met hoofdstuk 7 van het dictaat.




  © Gerard L. G. Sleijpen   <sleijpen@math.uu.nl>
  Last modified: Tuesday, 22-May-2012 10:19:21 CEST