Учебный курс «Методы математической физики» является частью профессионального цикла

Учебный курс «Методы математической физики» является частью профессионального цикла подготовки бакалавра физики. Дисциплина изучается студентами третьего курса физического факультета. Программа курса подготовлена в соответствии с требованиями образовательного стандарта третьего поколения. Цели курса – дать представление об основных понятиях и концепциях современной математической физики, научить студентов решать широкий класс математических задач теоретической физики, передать опыт эффективного применения математических методов в научной деятельности, сформировать общекультурные и профессиональные навыки физика-исследователя. Двухсеместровый курс «Методы математической физики» состоит из лекционных и практических занятий, сопровождаемых регулярной индивидуальной работой преподавателя со студентами в процессе сдачи семестровых домашних заданий и консультаций. В конце каждого семестра проводится экзамен. Общая трудоемкость дисциплины составляет 7 зачетных единицы, 252 академических часа (из них 170 аудиторных). Программой дисциплины предусмотрены 68 часов лекционных и 102 часа практических занятий, а также 82 часа самостоятельной работы. Авторы докт. физ.-мат. наук, проф. Д. А. Шапиро, докт. физ.-мат. наук, доц. Е. В. Подивилов Программа учебного курса подготовлена в рамках реализации Программы развития НИУ-НГУ на 2009–2018 г. г.  Новосибирский государственный университет, 2010 Приложение № 2. Примерная программа учебного курса (учебной дисциплины) Программа курса «Методы математической физики» составлена в соответствии с требованиями к обязательному минимуму содержания и уровню подготовки дипломированного специалиста бакалавра по профессиональному циклу дисциплин (Б.3) по направлению «011200 Физика», а также задачами, стоящими перед Новосибирским государственным университетом по реализации Программы развития НГУ. Автор (авторы) Шапиро Давид Абрамович, д.ф.-м.н., профессор Подивилов Евгений Вадимович, д.ф.-м.н., доцент Факультет: физический Кафедра: теоретической физики 1. Цели освоения дисциплины (курса) Дисциплина (курс) «Методы математической физики» имеет своей целью обучение студентов-физиков основным математическим методам, применяемым в физике. В курсе излагается материал, знание которого необходимо как для теоретиков и вычислителей, так и для экспериментаторов. В процессе освоения дисциплины студенты знакомятся с методами решения уравнений в частных производных, решениями обыкновенных дифференциальных уравнений в виде специальных функций, применением теории неприводимых представлений групп. 2. Место дисциплины в структуре образовательной программы Математические методы физики – необходимый элемент образования физика. В программу входят те темы, которые нужны студенту для изучения основных курсов теоретической физики – квантовой механики, статистической физики, физики сплошных сред. Основные разделы курса: уравнения в частных производных, специальные функции, асимптотические методы, применение теории представлений групп, функции Грина и составляют такой минимум. Курс рассчитан на два семестра, каждый завершается зачетом и экзаменом. Этот курс имеет практическую направленность, учит решать задачи и применять знания из изученных ранее разделов высшей математики. Считается, что студенты третьего курса уже знакомы в достаточной степени с линейной алгеброй, математическим анализом, теорией функций комплексной переменной и обыкновенными дифференциальными уравнениями. Цель заключительного математического курса – научить решать простые математические задачи, возникающие в физике. Для этого надо свободно пользоваться высшей математикой из разных разделов. Поэтому семинарские занятия начинаются с повторения основных понятий из таких разделов. Далее следуют уравнения в частных производных. Среди уравнений в частных производных рассматриваются первую очередь задачи для уравнений Лапласа и Пуассона с разными граничными условиями, уравнения теплопроводности и волнового уравнения, важными в физике сплошных сред. Наряду с классическими линейными действительными уравнениями в частных производных студентов учат искать решения простейших нелинейных уравнений (Хопфа, Бюргерса, Кортевега – де Фриза) и комплексного уравнения Шредингера из квантовой механики. При разделении переменных в сферических и цилиндрических координатах естественно появляются сферические и цилиндрические функции. Для решения задач из разных разделов физики с аксиальной или сферической симметрией в курсе изучаются специальные функции, в основном, функции Бесселя и Лежандра. Студенты учатся пользоваться интегральными представлениями специальных функций и получать простые формулы для их асимптотик методами стационарной фазы и перевала. Изучается также метод усреднения, позволяющий решить важную задачу аналитической механики – проследить эволюцию слабо нелинейного классического осциллятора на больших временах. Для лучшего усвоения квантовой физики в программе предусмотрено решение задач по применению теории представлений групп. К таким задачам относятся расчет кратности вырождения молекулярных колебаний, количества независимых компонент симметричных и антисимметричных инвариантных тензоров разных рангов, снятие вырождения квантовых уровней энергии при понижении симметрии системы, а также рассматриваются правила отбора в молекулах средней и высокой симметрии. Для решения задач электростатики студентов знакомят с методом функций Грина, в частности, с потенциалами объемного заряда, простого и двойного слоя, с запаздывающей функцией Грина классической электродинамики, для квантовой механики - с функциями Грина уравнений Шредингера. 3. Компетенции обучающегося, формируемые в результате освоения дисциплины «Методы математической физики». общекультурные компетенции: ОК-1, ОК-5, ОК-17, ОК-18, ОК-20, ОК-21; профессиональные компетенции: ПК-1 –ПК-4 , ПК-5, ПК-10. В результате освоения дисциплины студент должен: знать физический смысл характеристик, типичные постановки задач для эллиптического, параболического и гиперболического типов уравнений второго порядка (задач Коши, Дирихле и Неймана), свойства функций Бесселя и Лежандра, основные свойства асимптотических разложений, основные определения теории представлений групп. уметь решать простейшие линейные и квазилинейные уравнения, искать автомодельные подстановки, пользоваться формулами Родрига и интегральными представлениями специальных функций, оценивать асимптотику интегралов методами, разлагать представление группы в прямую сумму неприводимых, рассчитывать кратности вырождения молекулярных колебаний, строить функцию Грина оператора Штурма – Лиувилля, задач Дирихле и Неймана для уравнений Лапласа и Пуассона, задачи Коши для волнового уравнения и уравнения теплопроводности. владеть методами характеристик, автомодельных подстановок, разделения переменных и Фурье, стационарной фазы и перевала, усреднения, функций Грина, симметрии. 4. Структура и содержание дисциплины курс «Методы математической физики» Общая трудоемкость дисциплины составляет 7 зачетных единиц, 252 часа. № п/п Раздел Дисциплины Семестр Неделя семестра Виды учебной работы, включая самостоятельную работу студентов и трудоемкость (в часах) Формы текущего контроля успеваемости (по неделям семестра) Форма промежуточной аттестации (по семестрам) 1 Метод характеристик 5 1-4 8 часов лекций 12 часов семинаров самостоятельной работы (в т.ч. сдача семестровых домашних заданий), 12 часов 2 Уравнения второго порядка 5 5-8 8 часов лекций 12 часов семинаров 10 часов Контрольная работа или коллоквиум 3 Специальные функции 5 9-12 8 часов лекций 12 часов семинаров 10 часов 4 Асимптотические методы 5 13-18 12 часов лекций 18 часов семинаров. 10 часов Экзамен 5 Группы и представления 6 1-5 10 часов лекций 15 часов семинаров 10 часов 6 Группа вращений 6 6-9 8 часов лекций 12 часов семинаров 10 часов Контрольная работа или коллоквиум 7 Тензоры 6 10-11 4 часа лекций 6 часа семинаров 10 часов 8 Метод функций Грина 6 12-16 10 часов лекций 15 часов семинаров 10 часов Экзамен Итого 68 часов 102 часа 82 часа Программа лекций (5-й семестр) МЕТОД ХАРАКТЕРИСТИК Метод характеристик для линейных и квазилинейных уравнений с частными производными. Задача Коши. Образование разрывов. Понятие характеристик для систем линейных и квазилинейных уравнений с двумя переменными. Классификация по типам: гиперболические, эллиптические, параболические системы. Приведение гиперболической системы к каноническому виду. Инварианты Римана, простая волна Римана. Метод годографа для уравнений газовой динамики. Точные решения для политропного газа. УРАВНЕНИЯ ВТОРОГО ПОРЯДКА Волновое уравнение. Вывод из уравнений Максвелла и газодинамики. Решение одномерного волнового уравнения, формула Даламбера. Приведение гиперболического, эллиптического и параболического уравнения с двумя переменными к каноническому виду. Приведение многомерных уравнений к каноническому виду. Характеристики гиперболического уравнения и их физический смысл. Понятие автомодельности. Автомодельные подстановки для уравнений теплопроводности. Разделение переменных. Метод Фурье.

Похожие:

	Примерная программа учебного курса (учебной дисциплины) Программа курса «Аналитическая механика» Учебный курс «Аналитическая механика» является частью профессионального цикла подготовки бакалавра физики. Дисциплина изучается студентами...		Примерная программа учебного курса (учебной дисциплины) Программа курса «Физика сплошных сред» Учебный курс «Физика сплошных сред» является частью профессионального цикла подготовки бакалавра физики. Дисциплина изучается студентами...
	Примерная программа учебного курса (учебной дисциплины) Программа курса «Введение в физику твердого тела» Учебный курс «Введение в физику твердого тела» является частью профессионального цикла подготовки бакалавра физики. Дисциплина изучается...		Программа дисциплины методы математической физики Цикл опд. Ф специальность: 013800 Радиофизика и электроника (вечернее отделение) Принята на заседании кафедры Теории относительности и гравитации Рабочая программа дисциплины "Методы математической физики" предназначена для студентов 3 курса
	Программа дисциплины методы математической физики Цикл опд. Ф специальность: 013800 Радиофизика и электроника Направление: 511500 Радиофизика Рабочая программа дисциплины "Методы математической физики" предназначена для студентов 3 курса		Программа учебной дисциплины «Методы и приборы контроля размеров» Дисциплина «Методы и приборы контроля размеров» является частью профессионального цикла дисциплин подготовки студентов по направлению...
	Элективный курс методы Курс является продолжением курса «Методы решения физических задач» (10 класс) и предполагает совершенствование подготовки школьников...		Методы математического моделирования «Математическое моделирование», а также «Методы математической физики», «Теоретическая механика». Дисциплина призвана формировать...
	Рабочая программа по дисциплине методы математической физики для специальностей 113800- «Радиофизика и электроника» Методы математической физики для специальностей 113800- «Радиофизика и электроника»		Методические указания к компьютерному практикуму по курсу «Уравнения математической физики» Численные методы решения задач диффузии: Метод указания к компьютерному практикуму по курсу «Уравнения математической физики». —...