EMPE2000 Mathematics 2000 Course description

Ved å arbeide med emnet vil studentene opparbeide innsikt i deler av matematikken som står sentralt i modellering av tekniske og naturvitenskapelige systemer og prosesser. Temaene som tas opp inngår i ingeniørutdanninger over hele verden og er nødvendige for effektiv og presis kommunikasjon mellom ingeniører. Arbeidet med emnet vil gi øvelse i å bruke matematisk programvare for å gjøre studentene i stand til å utføre beregninger i jobbsituasjon.

Ingen arbeidskrav.

Ingen forkunnskapskrav.

Etter å ha gjennomført dette emnet har studenten følgende læringsutbytte, definert som kunnskap, ferdigheter og generell kompetanse.

Kunnskap

Studenten kan:

• forklare hvordan tallfølger kan framkomme ved sampling (måling), ved bruk av formler og som løsning av differenslikninger
• gjøre rede for interpolasjonsproblemet, og bruke metoder for å bestemme interpolerende polynom og interpolerende splinefunksjon
• gjøre rede for minste kvadraters metode for tilpasning av funksjoner til gitte data
• løse differenslikninger med konstante koeffisienter av grad mindre eller lik to, både analytisk og ved simulering

• forklare hva som menes med en rekke og hva det vil si at en rekke konvergerer
• gjøre rede for taylorrekka som eksempel på potensrekke, og kunne derivere og integrere leddvis
• regne ut taylorpolynomer og beregne feilen ved bruk av restledd
• gjøre rede for hvordan funksjoner kan approksimeres ved fourierrekker

• gjøre rede for ulike metoder for framstilling av funksjoner av to variable grafisk, og diskutere fordeler og ulemper ved disse metodene
• regne ut partielt deriverte av første og høyere orden
• forklare hva verdien av den første ordens partielt deriverte betyr
• gjøre rede for den geometriske tolkningen av gradient og retningsderivert
• forklare hvordan man bruker ekstremalverdisetningen
• forklare hva som menes med differensialet til en funksjon av to variable
• beregne usikkerhet og relativ usikkerhet i en størrelse som avhenger av flere variable

Ferdigheter

Studenten kan:

• diskutere metoder for interpolasjon og tilpasning av funksjoner
• drøfte hvordan funksjoner kan approksimeres ved rekker
• diskutere hvordan en funksjon av to variable kan approksimeres ved en lineær funksjon som så kan brukes til å bestemme usikkerhet i målinger
• diskutere en metode for å bestemme og klassifisere stasjonære punkter, og for å bestemme ekstremalverdier til funksjoner av flere variable

Generell kompetanse

Studenten kan:

• overføre et praktisk problem fra eget fagområde til matematisk form, slik at det kan løses analytisk og/eller numerisk
• vurdere, for et gitt problem, om det er mest hensiktsmessig å bestemme en analytisk eller en numerisk løsning
• vurdere kvaliteten på numeriske løsninger, for eksempel ved å beregne feilskranker eller sammenlikne med analytiske løsninger
• anvende programmeringselementene tilordning, for-løkker, if-tester, while-løkker og liknende i numerisk løsning av matematiske problemer
• vurdere egne og andre studenters faglige arbeider, og formulere skriftlige og muntlige vurderinger av disse arbeidene på en faglig korrekt og presis måte
• skrive presise forklaringer og begrunnelser til framgangsmåter, og demonstrere korrekt bruk av matematisk notasjon

Undervisningen organiseres i timeplanlagte arbeidsøkter, hvor studentene øver på fagstoff som blir presentert («forelest»). Øvingene omfatter problemløsing, diskusjoner, samarbeid og individuelt arbeid. Bruk av numerisk programvare vil inngå.

I de timeplanlagte arbeidsøktene får studentene tilbud om å delta i «medstudentvurdering». Her vil studentene vurdere hverandres arbeid og gi læringsfremmende tilbakemeldinger.

Mellom de timeplanlagte arbeidsøktene er det nødvendig å arbeide individuelt og/eller i grupper med oppgaveregning og øving på bruk av numerisk programvare.

Ingen arbeidskrav.

Dette emnet skal sammen med Matematikk 1000 gi studenten forståelse for matematiske begreper, problemstillinger og løsningsmetoder med sikte på anvendelser. Arbeidet med emnet vil gi øvelse i å bruke matematisk programvare for å gjøre studentene i stand til å utføre beregninger i en jobbsituasjon.

Ingen forkunnskapskrav.

Etter å ha gjennomført dette emnet har studenten følgende læringsutbytte, definert som kunnskap, ferdigheter og generell kompetanse:

Kunnskap

Studenten kan:

• bruke lineær algebra til å finne egenverdier og løse systemer av differensiallikninger
• gjøre rede for konvergensbegrepet og metoder for å bestemme konvergens
• gjøre rede for potensrekkeutvikling av funksjoner og tilnærming ved Taylorpolynomer
• drøfte funksjoner av flere variable og anvende partielt derivert på ulike problemstillinger

Ferdigheter

Studenten kan:

• beregne egenvektorer og diagonalisere matriser
• anvende diagonalisering av matriser til å løse systemer av differensiallikninger
• bestemme konvergens av rekker med bl.a. forholdstesten, samt kunne derivere og integrere potensrekker leddvis
• finne Maclaurinrekker og tilnærmingspolynomer til kjente funksjoner og bruke Taylorpolynomer til å finne tilnærmingsverdier for integraler og grenseverdier
• beskrive og drøfte funksjoner av flere variable bl.a. ved bruk av nivåkurver og partielle deriverte
• tolke gradient og retningsderivert geometrisk og anvende lineær tilnærming og totalt differensial for funksjoner i flere variable til å bestemme målefeil og usikkerhet
• bestemme og klassifisere kritiske punkter til funksjoner av to variable
• anvende matematikkverktøy på matriser, rekker og funksjoner av to variable

Generell kompetanse

Studenten kan:

• identifisere sammenhengen mellom matematikk og eget ingeniørfag
• overføre et praktisk problem fra eget fagområde til matematisk form, slik at det kan løses - analytisk eller numerisk
• bruke matematiske metoder og verktøy som er relevante for sitt fagfelt

Fellesforelesning og øvingstimer. I øvingstimene arbeider studentene med oppgaver, dels individuelt, dels i grupper og får veiledning av faglærer.