Matematika pro fyziky I - NOFY161

• Anglický název: Mathematics for Physicists I
• Zajišťuje: Kabinet výuky obecné fyziky (32-KVOF)
• Fakulta: Matematicko-fyzikální fakulta
• Platnost: od 2023
• Semestr: zimní
• E-Kredity: 8
• Rozsah, examinace: zimní s.:4/2, Z+Zk [HT]
• Počet míst: neomezen
• Minimální obsazenost: neomezen
• 4EU+: ne
• Virtuální mobilita / počet míst pro virtuální mobilitu: ne
• Stav předmětu: vyučován
• Jazyk výuky: čeština
• Způsob výuky: prezenční
• Způsob výuky: prezenční
• Další informace: https://www2.karlin.mff.cuni.cz/~prazak/vyuka
• Garant: doc. RNDr. Dušan Pokorný, Ph.D.; prof. Mgr. Milan Pokorný, Ph.D., DSc.; doc. RNDr. Dalibor Pražák, Ph.D.
• Třída: Fyzika
• Kategorizace předmětu: Fyzika > Matematika pro fyziky
• Neslučitelnost : NMAF061
• Záměnnost : NMAF061
• Je neslučitelnost pro: NMAF061
• Je záměnnost pro: NMAF061

Anotace

čeština

Poslední úprava: Mgr. Hana Kudrnová (30.06.2020)

Základní přednáška z matematiky pro 2. ročník fyziky navazující na Matematickou analýzu (I + II), kódy NOFY151, NOFY152 a Lineární algebru (I+II) , kódy NOFY141, NOFY142.

angličtina

Poslední úprava: Mgr. Hana Kudrnová (30.06.2020)

Basic mathematics course for 2nd year students of physics. Prerequisities: Mathematical analysis I+II, NOFY151, NOFY152, and Linear algebra I+II, NOFY141, NOFY142.

Cíl předmětu

čeština

Poslední úprava: prof. Mgr. Milan Pokorný, Ph.D., DSc. (21.09.2022)

Základní přednáška z matematiky pro 2. ročník fyziky navazující na Matematickou analýzu (I + II), kódy NOFY151,

NOFY152 a Lineární algebru (I+II) , kódy NOFY141, NOFY142.

angličtina

Poslední úprava: prof. Mgr. Milan Pokorný, Ph.D., DSc. (21.09.2022)

Basic mathematics course for 2nd year students of physics. Prerequisities: Mathematical analysis I+II and Linear algebra I+II.

Podmínky zakončení předmětu

Poslední úprava: doc. RNDr. Dalibor Pražák, Ph.D. (13.10.2023)

Zápočet: úspěšné napsání zápočtových písemek.

Udělený zápočet je podmínkou účasti na zkoušce.

Zkouška: bude sestávat ze dvou částí, početní (písemné) a teoretické (ústní).

Na výsledku zkoušky se obě části podílejí stejnou měrou. Podrobnosti viz webové stránky přednášejícího.

Literatura

Poslední úprava: prof. Mgr. Milan Pokorný, Ph.D., DSc. (21.09.2022)

• Kopáček, J. a kol.: Matematika pro fyziky, díly III-V, skriptum MFF UK, Matfyzpress
• Záznamy přednášek

Metody výuky

Poslední úprava: prof. Mgr. Milan Pokorný, Ph.D., DSc. (21.09.2022)

přednáška + cvičení

Požadavky ke zkoušce

Poslední úprava: prof. Mgr. Milan Pokorný, Ph.D., DSc. (21.09.2022)

Zkouška bude písemná a bude mít 2 části, početní a teoretickou. Student musí úspěšně složit obě části zkoušky.

Požadavky u zkoušky odpovídají sylabu předmětu v rozsahu, který byl probrán na přednášce a cvičení.

Sylabus

čeština

Poslední úprava: prof. Mgr. Milan Pokorný, Ph.D., DSc. (21.09.2022)

1. Posloupnosti a řady funkcí
Bodová a stejnoměrná konvergence. Weierstrassovo kritérium, Abelovo, Dirichletovo a Leibnizovo kritérium.Limita a spojitost, záměna limit, záměna limity a součtu řady, záměna limity a derivace, sumy a derivace, neurčitého integrálu a limity (sumy), určitého integrálu a limity (sumy). Abelova věta o konvergenční kružnici u mocninných řad.

2. Vícerozměrný integrál
Elementy teorie míry, vnější míra, míra, měřitelné množiny a jejich vlastnosti, Lebesgueova míra a její vlastnosti, pojem "skoro všude". Měřitelné funkce a operace s nimi. Lebesgueův integrál a jeho základní vlastnosti. Fubiniho věta a věta o substituci, regulární substituce. Věty o limitních přechodech: Leviho, Lebesgueova, Fatouova, integrabilní majoranty. Integrály s parametrem, limita, spojitost a derivování podle parametru.

3 Lebesgueovy prostory

Definice, norma, základní vlastnosti. Husté podmnožiny. Aproximace pomocí zhlazení regularizátorem.

3. Křivkový integrál
Křivka, jednoduchá křivka, uzavřená křivka. Tečný a normálový vektor. Křivkový integrál 1. a 2. druhu, souvislost obou integrálů, nezávislost na parametrizaci. Potenciál vektorového pole. Výpočet integrálu druhého druhu pomocí potenciálu. Nulová rotace a souvislost s existencí potenciálu.

4. Plošný integrál
2D plocha v dimenzi 3 a její normálový vektor. Plošný integrál 1. druhu a jeho interpretace. Orientovaná plocha, spojité pole jednotkových normál. Plošný integrál 2. druhu. Souvislost mezi integrálem 1. a 2. druhu. Grammův determinant a různá zadání plochy. Gauss-Ostrogradského věta, věta o divergenci, integrální reprezentace divergence, Greenovy formule. Stokesova věta, integrální interpretace rotace. Poznámky o plošném integrálu v dimenzi n.

5. Fourierovy řady
Fourierovy koeficienty a Fourierova trigonometrická řada. Riemann-Lebesgueovo lemma a jeho důsledky. Riemannova věta o lokalizaci. Dirichletovo integrální jádro. Fourierovy řady pro dostatečně hladké funkce. Besselova nerovnost a Parsevalova rovnost pro L2 funkce. Derivování a integrování Fourierových řad člen po členu. Abstraktní Fourierovy řady: Hilbertův prostor, ortogonální systém, Fourierovy řady v Hilbertových prostorech, separabilní Hilbertův prostor, ekvivalence separability a existence úplné ortonormální báze, abstraktní Besselova nerovnost a Parsevalova rovnost, souvislost s úplností OG systému. Různé ortogonální systémy, aplikace: prostory s vahami, souvislost ortogonálních systémů s vlastními funkcemi diferenciálních operátorů. Ortogonální systémy polynomů: Legendreovy, Laguerrovy, Hermiteovy, Čebyševovy apod.

angličtina

Poslední úprava: prof. Mgr. Milan Pokorný, Ph.D., DSc. (21.09.2022)

1. Sequences and series of functions

Pointwise and uniform convergence; criteria for uniform convergence of sequences and series of functions; interchanging of limits, derivative and integral of sequences and series of functions; power series; real analytic functions.

2. Lebesgue integral

Sigma-algebras, measures; construction of the Lebesgue measure; measurable functions; approximation of measurable fuunctions by simple functions; integral of simple non-negative functions; integral of general functions and its properties; limite passage through the integral; relations among Riemann, Newton and Lebesgue integral; integral dependent on parameters; Fubini's theorem, change of variables.

3. Lebesgue spaces

Definition, norms, basic properties. Dense subsets. Mollifier.

3. Line integral in general dimension

The notion of a curve, line integrals of 1st and 2nd kind. Potential and curl-free vector fields.

4. Surface integral in general dimension

The notion of a surface, orientation of a surface. Surface integrals of 1st and 2nd kind, Gramm determinant, Gauss-Ostrogradskij, Green and Stokes theorems. Integral representations of div and curl operators.

5. Fourier series

Orthogonal polynoms. Abstract Fourier series. Trigonometric Fourier series.