Multiscale Methods

Averaging and Homogenization

Author: G A Pavliotis,Andrew Stuart

Publisher: Springer Science & Business Media

ISBN: 0387738282

Category: Mathematics

Page: 310

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This introduction to multiscale methods gives you a broad overview of the methods’ many uses and applications. The book begins by setting the theoretical foundations of the methods and then moves on to develop models and prove theorems. Extensive use of examples shows how to apply multiscale methods to solving a variety of problems. Exercises then enable you to build your own skills and put them into practice. Extensions and generalizations of the results presented in the book, as well as references to the literature, are provided in the Discussion and Bibliography section at the end of each chapter.With the exception of Chapter One, all chapters are supplemented with exercises.

Distributionen Und Hilbertraumoperatoren

Mathematische Methoden Der Physik

Author: Philippe Blanchard,Erwin Brüning

Publisher: Springer

ISBN: 9783211825075

Category: Science

Page: 375

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Das Buch bietet eine Einführung in die zum Studium der Theoretischen Physik notwendigen mathematischen Grundlagen. Der erste Teil des Buches beschäftigt sich mit der Theorie der Distributionen und vermittelt daneben einige Grundbegriffe der linearen Funktionalanalysis. Der zweite Teil baut darauf auf und gibt eine auf das Wesentliche beschränkte Einführung in die Theorie der linearen Operatoren in Hilbert-Räumen. Beide Teile werden von je einer Übersicht begleitet, die die zentralen Ideen und Begriffe knapp erläutert und den Inhalt kurz beschreibt. In den Anhängen werden einige grundlegende Konstruktionen und Konzepte der Funktionalanalysis dargestellt und wichtige Konsequenzen entwickelt.

Stochastic Processes, Multiscale Modeling, and Numerical Methods for Computational Cellular Biology

Author: David Holcman

Publisher: Springer

ISBN: 3319626272

Category: Mathematics

Page: 377

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This book focuses on the modeling and mathematical analysis of stochastic dynamical systems along with their simulations. The collected chapters will review fundamental and current topics and approaches to dynamical systems in cellular biology. This text aims to develop improved mathematical and computational methods with which to study biological processes. At the scale of a single cell, stochasticity becomes important due to low copy numbers of biological molecules, such as mRNA and proteins that take part in biochemical reactions driving cellular processes. When trying to describe such biological processes, the traditional deterministic models are often inadequate, precisely because of these low copy numbers. This book presents stochastic models, which are necessary to account for small particle numbers and extrinsic noise sources. The complexity of these models depend upon whether the biochemical reactions are diffusion-limited or reaction-limited. In the former case, one needs to adopt the framework of stochastic reaction-diffusion models, while in the latter, one can describe the processes by adopting the framework of Markov jump processes and stochastic differential equations. Stochastic Processes, Multiscale Modeling, and Numerical Methods for Computational Cellular Biology will appeal to graduate students and researchers in the fields of applied mathematics, biophysics, and cellular biology.

Effective Dynamics of Stochastic Partial Differential Equations

Author: Jinqiao Duan,Wei Wang

Publisher: Elsevier

ISBN: 0128012692

Category: Mathematics

Page: 282

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Effective Dynamics of Stochastic Partial Differential Equations focuses on stochastic partial differential equations with slow and fast time scales, or large and small spatial scales. The authors have developed basic techniques, such as averaging, slow manifolds, and homogenization, to extract effective dynamics from these stochastic partial differential equations. The authors’ experience both as researchers and teachers enable them to convert current research on extracting effective dynamics of stochastic partial differential equations into concise and comprehensive chapters. The book helps readers by providing an accessible introduction to probability tools in Hilbert space and basics of stochastic partial differential equations. Each chapter also includes exercises and problems to enhance comprehension. New techniques for extracting effective dynamics of infinite dimensional dynamical systems under uncertainty Accessible introduction to probability tools in Hilbert space and basics of stochastic partial differential equations Solutions or hints to all Exercises

Nonlinear and Stochastic Climate Dynamics

Author: Christian L. E. Franzke,Terence J. O'Kane

Publisher: Cambridge University Press

ISBN: 1316883213

Category: Science

Page: N.A

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It is now widely recognized that the climate system is governed by nonlinear, multi-scale processes, whereby memory effects and stochastic forcing by fast processes, such as weather and convective systems, can induce regime behavior. Motivated by present difficulties in understanding the climate system and to aid the improvement of numerical weather and climate models, this book gathers contributions from mathematics, physics and climate science to highlight the latest developments and current research questions in nonlinear and stochastic climate dynamics. Leading researchers discuss some of the most challenging and exciting areas of research in the mathematical geosciences, such as the theory of tipping points and of extreme events including spatial extremes, climate networks, data assimilation and dynamical systems. This book provides graduate students and researchers with a broad overview of the physical climate system and introduces powerful data analysis and modeling methods for climate scientists and applied mathematicians.

Stochastic Parameterizing Manifolds and Non-Markovian Reduced Equations

Stochastic Manifolds for Nonlinear SPDEs II

Author: Mickaël D. Chekroun,Honghu Liu,Shouhong Wang

Publisher: Springer

ISBN: 3319125206

Category: Mathematics

Page: 129

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In this second volume, a general approach is developed to provide approximate parameterizations of the "small" scales by the "large" ones for a broad class of stochastic partial differential equations (SPDEs). This is accomplished via the concept of parameterizing manifolds (PMs), which are stochastic manifolds that improve, for a given realization of the noise, in mean square error the partial knowledge of the full SPDE solution when compared to its projection onto some resolved modes. Backward-forward systems are designed to give access to such PMs in practice. The key idea consists of representing the modes with high wave numbers as a pullback limit depending on the time-history of the modes with low wave numbers. Non-Markovian stochastic reduced systems are then derived based on such a PM approach. The reduced systems take the form of stochastic differential equations involving random coefficients that convey memory effects. The theory is illustrated on a stochastic Burgers-type equation.

Partielle Differentialgleichungen und numerische Methoden

Author: Stig Larsson,Vidar Thomee

Publisher: Springer-Verlag

ISBN: 3540274227

Category: Mathematics

Page: 272

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Das Buch ist für Studenten der angewandten Mathematik und der Ingenieurwissenschaften auf Vordiplomniveau geeignet. Der Schwerpunkt liegt auf der Verbindung der Theorie linearer partieller Differentialgleichungen mit der Theorie finiter Differenzenverfahren und der Theorie der Methoden finiter Elemente. Für jede Klasse partieller Differentialgleichungen, d.h. elliptische, parabolische und hyperbolische, enthält der Text jeweils ein Kapitel zur mathematischen Theorie der Differentialgleichung gefolgt von einem Kapitel zu finiten Differenzenverfahren sowie einem zu Methoden der finiten Elemente. Den Kapiteln zu elliptischen Gleichungen geht ein Kapitel zum Zweipunkt-Randwertproblem für gewöhnliche Differentialgleichungen voran. Ebenso ist den Kapiteln zu zeitabhängigen Problemen ein Kapitel zum Anfangswertproblem für gewöhnliche Differentialgleichungen vorangestellt. Zudem gibt es ein Kapitel zum elliptischen Eigenwertproblem und zur Entwicklung nach Eigenfunktionen. Die Darstellung setzt keine tiefer gehenden Kenntnisse in Analysis und Funktionalanalysis voraus. Das erforderliche Grundwissen über lineare Funktionalanalysis und Sobolev-Räume wird im Anhang im Überblick besprochen.

Gewöhnliche Differentialgleichungen

Author: Vladimir I. Arnold

Publisher: Springer-Verlag

ISBN: 3642564801

Category: Mathematics

Page: 344

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nen (die fast unverändert in moderne Lehrbücher der Analysis übernommen wurde) ermöglichten ihm nach seinen eigenen Worten, "in einer halben Vier telstunde" die Flächen beliebiger Figuren zu vergleichen. Newton zeigte, daß die Koeffizienten seiner Reihen proportional zu den sukzessiven Ableitungen der Funktion sind, doch ging er darauf nicht weiter ein, da er zu Recht meinte, daß die Rechnungen in der Analysis bequemer auszuführen sind, wenn man nicht mit höheren Ableitungen arbeitet, sondern die ersten Glieder der Reihenentwicklung ausrechnet. Für Newton diente der Zusammenhang zwischen den Koeffizienten der Reihe und den Ableitungen eher dazu, die Ableitungen zu berechnen als die Reihe aufzustellen. Eine von Newtons wichtigsten Leistungen war seine Theorie des Sonnensy stems, die in den "Mathematischen Prinzipien der Naturlehre" ("Principia") ohne Verwendung der mathematischen Analysis dargestellt ist. Allgemein wird angenommen, daß Newton das allgemeine Gravitationsgesetz mit Hilfe seiner Analysis entdeckt habe. Tatsächlich hat Newton (1680) lediglich be wiesen, daß die Bahnkurven in einem Anziehungsfeld Ellipsen sind, wenn die Anziehungskraft invers proportional zum Abstandsquadrat ist: Auf das Ge setz selbst wurde Newton von Hooke (1635-1703) hingewiesen (vgl. § 8) und es scheint, daß es noch von weiteren Forschern vermutet wurde.

Numerische Behandlung partieller Differentialgleichungen

Author: Christian Großmann,Hans-Görg Roos

Publisher: Springer-Verlag

ISBN: 9783519220893

Category: Mathematics

Page: 572

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Mathematiker, Naturwissenschaftler und Ingenieure erhalten mit diesem Lehrbuch eine Einführung in die numerische Behandlung partieller Differentialgleichungen. Diskutiert werden die grundlegenden Verfahren - Finite Differenzen, Finite Volumen und Finite Elemente - für die wesentlichen Typen partieller Differentialgleichungen: elliptische, parabolische und hyperbolische Gleichungen. Einbezogen werden auch moderne Methoden zur Lösung der diskreten Probleme. Hinweise auf aktuelle Software sowie zahlreiche Beispiele und Übungsaufgaben runden diese Einführung ab.

Multiscale Modeling and Simulation in Science

Author: Björn Engquist,Per Lötstedt,Olof Runborg

Publisher: Springer Science & Business Media

ISBN: 3540888578

Category: Computers

Page: 320

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Most problems in science involve many scales in time and space. An example is turbulent ?ow where the important large scale quantities of lift and drag of a wing depend on the behavior of the small vortices in the boundarylayer. Another example is chemical reactions with concentrations of the species varying over seconds and hours while the time scale of the oscillations of the chemical bonds is of the order of femtoseconds. A third example from structural mechanics is the stress and strain in a solid beam which is well described by macroscopic equations but at the tip of a crack modeling details on a microscale are needed. A common dif?culty with the simulation of these problems and many others in physics, chemistry and biology is that an attempt to represent all scales will lead to an enormous computational problem with unacceptably long computation times and large memory requirements. On the other hand, if the discretization at a coarse level ignoresthe?nescale informationthenthesolutionwillnotbephysicallymeaningful. The in?uence of the ?ne scales must be incorporated into the model. This volume is the result of a Summer School on Multiscale Modeling and S- ulation in Science held at Boso ¤n, Lidingo ¤ outside Stockholm, Sweden, in June 2007. Sixty PhD students from applied mathematics, the sciences and engineering parti- pated in the summer school.

Discontinuous Galerkin Methods

Author: Stefanie Winter

Publisher: GRIN Verlag

ISBN: 3638033503

Category: Mathematics

Page: 81

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Diplomarbeit aus dem Jahr 2004 im Fachbereich Mathematik - Angewandte Mathematik, Note: 1,3, Universität Stuttgart, 23 Quellen im Literaturverzeichnis, Sprache: Deutsch, Abstract: In hyperbolischen Differentialgleichung, wie etwa bei den Erhaltungsgleichungen, können Lösungen oft sogenannte shocks - zu deutsch etwa Sprünge - enthalten. Wünschenswert war und ist daher eine Art der Methode zur numerischen Berechnung von Lösungen zu finden, die mit diesen auftretenden Unstetigkeiten umzugehen, vermag. Die spezielle Art der Problemformulierung in der Discontinuous Galerkin Methode erlaubt Unstetigkeiten entlang einzelner Elementkanten und sie unterstützt damit die Verwendung allgemeiner, unstrukturierter Gitter. Man kann wohl sagen, dass sich die Motivation, daher auch Anfänge und Schwerpunktsgebiete der Discontinuous Galerkin Methode in Arbeiten zu der numerischen Untersuchung von Lösungen der hyperbolischen Probleme wiederfinden. [..] In dieser Arbeit wollen wir unser Augenmerk speziell auf die Theorie der Discontinuous Galerkin Methode für elliptische Differentialgleichungen lenken. Dabei orientiert sich die Ausarbeitung hauptsächlich an Arnold, Brezzi, Cockburn, Marini, Castillo, Perugia, Manzini, Pietra und Russo [2],[3],[4]. [..]


Author: Etienne Guyon,Jean-Pierre Hulin,Luc Petit

Publisher: Springer-Verlag

ISBN: 3322898318

Category: Technology & Engineering

Page: 466

View: 5408

Neben der Herleitung und Darstellung der fundamentalen Gleichungen enthält dieses Lehrbuch sehr viele Beispiele und Anwendungen, so z.B. eine genaue Diskussion des Flugmechanismus sowie der Wirkung der verschiedenen Klappen an Flügeln, und ist daher auch für Dozenten eine Fundgrube zur anschaulichen Auflockerung der Vorlesung. Neben den beiden üblichen Schwerpunktthemen "Dynamik idealer Fluide" und "Verhalten sehr viskoser Fluide" wird das wichtige Thema "Grenzschichten" besonders behandelt. Ein Anhang über suprafluides Helium - ein Beispiel für ein ideales Fluid - rundet das Stoffgebiet ab.

Numerische Simulation in der Moleküldynamik

Numerik, Algorithmen, Parallelisierung, Anwendungen

Author: Michael Griebel,Stephan Knapek,Gerhard Zumbusch,Attila Caglar

Publisher: Springer-Verlag

ISBN: 364218779X

Category: Mathematics

Page: 480

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Das Buch behandelt Methoden des wissenschaftlichen Rechnens in der Moleküldynamik, einem Bereich, der in vielen Anwendungen der Chemie, der Biowissenschaften, der Materialwissenschaften, insbesondere der Nanotechnologie, sowie der Astrophysik eine wichtige Rolle spielt. Es führt in die wichtigsten Simulationstechniken zur numerischen Behandlung der Newtonschen Bewegungsgleichungen ein. Der Schwerpunkt liegt hierbei auf der schnellen Auswertung kurz- und langreichweitiger Kräfte mittels Linked Cell-, P$/\3$M-, Baum- und Multipol-Verfahren, sowie deren paralleler Implementierung und Lastbalancierung auf Rechensystemen mit verteiltem Speicher. Die einzelnen Kapitel beinhalten darüberhinaus detailierte Hinweise, um die Verfahren Schritt für Schritt in ein Programmpaket umzusetzen. In zahlreichen farbigen Abbildungen werden Simulationsergebnisse für eine Reihe von Anwendungen präsentiert.


Eine Einführung

Author: R. Gasch,H. Pfützner

Publisher: Springer-Verlag

ISBN: 3662097869

Category: Technology & Engineering

Page: 188

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Während noch vor wenigen Jahrzehnten die Forschung auf dem Gebiet der Maschinendynamik hauptsächlich den Kolbenmaschinen galt, ist mittlerweile eine Akzentverschiebung zu den Maschinen mit ausschließlich rotierenden Teilen, wie Turbomaschinen und Elektro motoren eingetreten. Das hängt einmal damit zusammen, daß Gas turbinen, Turbopumpen, Turboverdichter und Elektromotoren Anwen dungsgebiete erobert haben, die früher Kolbenmaschinen vorbehalten waren. Außerdem sind durch das Bestreben, die Leistungsgewichte durch Drehzahlerhöhungen zu verringern, Probleme aufgetreten, wie beispiels weise Fragen der Laufstabilität, die früher ohne Bedeutung für die Praxis waren. Daher wurde die Forschung auf diesem Gebiet in den letzten Jahren intensiviert. In dieser Einführung in die Dynamik biegeelastischer Läufer haben wir versucht, die Fülle interessanter, oft sogar verblüffender Phänomene am einfachsten Rotormodell darzustellen. Wir haben uns auf die Behand lung des Laval-Läufers - der elastischen Welle mit aufgesetzter Scheibe - beschränkt, an dem sich bereits die wichtigsten Erscheinungen auf zeigen lassen. Da die Zahl der Freiheitsgrade niedrig ist, ist meist noch eine geschlossene Lösung der Bewegungsgleichungen möglich. Mit diesem Buch wenden wir uns an Studenten der Hochschulen und an Ingenieure in der Praxis. Wir hoffen, daß durch den sparsamen Ge brauch der höheren Mathematik das Verständnis auch dem Anfänger wesentlich erleichtert wird. Verbesserungsvorschläge und Hinweise auf Fehler nehmen wir gern entgegen.

Finite Elemente

Theorie, schnelle Löser und Anwendungen in der Elastizitätstheorie

Author: Dietrich Braess

Publisher: Springer-Verlag

ISBN: 3662072343

Category: Mathematics

Page: 305

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A Course on Rough Paths

With an Introduction to Regularity Structures

Author: Peter K. Friz,Martin Hairer

Publisher: N.A

ISBN: 9783319083339


Page: 268

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Analysis 1

Author: Konrad Königsberger

Publisher: Springer-Verlag

ISBN: 3642973884

Category: Mathematics

Page: 360

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In kurzer und prägnanter Form wird die Analysis der Grundvorlesung vorgestellt. Im Gegensatz zu den Analysisbänden von Blatter und Forster finden sich hier viele historische Anmerkungen. Außerdem wird viel Wert auf sachbezogene Motivation gelegt. Zusammen mit dem zum Wintersemester erscheinenden Band Analysis 2 eignet sich dieses Werk hervorragend zur Prüfungsvorbereitung nicht nur für Mathematikstudenten, sondern gerade auch für Informatik-, Physik- und Technikstudenten.