Anno accademico 2023-2024

LABORATORIO DI MATEMATICA COMPUTAZIONALE

Docenti

Dimitri Breda
Totale crediti
6
Periodo didattico
Secondo Periodo
Tipologia
Caratterizzante
Prerequisiti. Preferibile una preparazione base di matematica:

– basi di analisi: numeri reali e complessi, funzioni, limiti, derivate, integrali

– basi di algebra: vettori, matrici, sistemi lineari

– basi di analisi numerica: metodi per sistemi lineari, metodo di Newton, interpolazione.

Le modalità di presentazione degli argomenti e la struttura stessa del corso permettono la frequenza e l’apprendimento anche a chi risultasse privo di alcuni dei requisiti di cui sopra.

Metodi didattici. – lezioni teoriche frontali

– laboratori ed esercitazioni di apprendimento ed utilizzo di software matematici

– possibili brevi seminari su argomenti specifici.

Modalità di verifica. L’esame consiste in:

– realizzazione di un progetto di laboratorio di carattere computazionale, su argomento da concordare con il docente, accompagnata da una breve relazione scritta completa di una breve descrizione teorica del problema, degli obiettivi del progetto e di quanto fatto ed ottenuto;

– discussione orale sulle attività svolte e sul programma del corso, con domande di verifica sia teoriche che applicative ed esercizi su problemi di natura computazionale.

Per i criteri di assegnazione del voto si veda https://www.uniud.it/it/didattica/corsi/area-scientifica/scienze-matematiche-informatiche-multimediali-fisiche/laurea/matematica/studiare/criteri-guida-di-assegnazione-del-voto-degli-esami-di-profitto/view

Altre informazioni. – i crediti del corso sono riconosciuti per il Percorso Formativo 24 CFU – DM 616/2017 (A-28 “Matematica e Scienze”)

– lingua di insegnamento: italiano (l’insegnamento può essere tenuto in lingua inglese, su proposta della struttura didattica competente)

– gli argomenti proposti per il progetto possono essere legati alle attività concernenti la prova finale di tesi per quanto riguarda gli eventuali aspetti computazionali

– le dispense del corso, scritte dal docente in lingua inglese, risultano complete ed auto-contenute rispetto al programma, comprensive anche delle attività di laboratorio previste e dei relativi codici.

Obiettivi formativi
Il corso vuole fornire allo studente un’adeguata familiarità nell’utilizzo del calcolatore come efficace ausilio allo studio teorico della matematica ed alle attività didattiche, applicative e di ricerca ad essa connesse. Si propone quindi di risolvere sperimentalmente alcuni problemi matematici che nascono in diversi contesti applicativi, accompagnando lo studente dal modello allo sviluppo di codici.

Lo studente dovrà:

Conoscenza e comprensione:

– conoscere gli aspetti base della mutua interazione tra matematica e calcolatore

– comprendere la classe di problemi matematici a cui ascrivere il proprio modello

– apprendere le linee guida per tradurre il problema matematico in un problema trattabile al calcolatore

Capacità di applicare conoscenza e comprensione:

– sviluppare una capacità di auto-apprendimento di software matematici in genere

– saper selezionare il software matematico meglio adatto alla risoluzione del problema e programmare i relativi codici per la risoluzione stessa

Autonomia di giudizio:

– essere in grado di analizzare in maniera autonoma e critica i risultati del calcolatore in relazione a quelli attesi dalla teoria

Abilità comunicative:

– saper spiegare i processi computazionali in modo chiaro e comprensibile

– saper rappresentare i risultati computazionali in maniera efficace

Capacità di apprendimento:

– saper affrontare in modo autonomo e critico problemi matematici con tecniche computazionali

Allegato B2: https://www.uniud.it/it/didattica/corsi/area-scientifica/scienze-matematiche-informatiche-multimediali-fisiche/laurea-magistrale/matematica/corso/regolamento-corso/all-B2

Contenuti
Dopo una generale introduzione sulla matematica computazionale, sui numeri di macchina e sull’analisi degli errori che si possono generare nel percorso dalla modellizzazione di un problema matematico alla sua risoluzione al calcolatore, si prevede una suddivisione in singole unità distinte per tematica, ciascuna comprendente una parte di introduzione teorica all’argomento trattato ed alle sue implicazioni attuali, seguita da una parte di sviluppo, implementazione e testing al calcolatore. Per ogni unità si prevede l’utilizzo di software e ambienti matematici anche diversi (ad esempio GeoGebra, Mathematica, MATLAB), come strumenti sia di calcolo numerico e simbolico, sia di visualizzazione grafica e gestione dati. Tra le potenziali tematiche si includono:

– equazioni nonlineari e metodo di Newton (proposta applicativa: i frattali di Newton);

– matrici e sistemi lineari (proposta applicativa: il PageRank di Google);

– equazioni differenziali e sistemi dinamici (proposta applicativa: analisi di biforcazione e caos);

– approssimazione di dati e funzioni (proposta applicativa: FFT e compressione JPEG).

Gli argomenti trattati forniranno dunque un pretesto per affrontare alcune delle problematiche che interessano l’interazione con il calcolatore e le sue potenzialità e/o limitazioni nello studio di problemi matematici: rappresentazione di oggetti matematici e loro manipolazione, risoluzione di problemi e simulazione di modelli, gestione di dati.

Testi di riferimento
Non ci sono fonti univoche per l’intero programma, riferimenti specifici saranno consigliati durante il corso a seconda della tematica trattata. Vengono fornite le dispense del corso scritte dal docente in lingua Inglese, complete di attività di laboratorio, relativi codici e bibliografia di riferimento rispetto ai diversi argomenti trattati, rese disponibili sulla pagina e-learning del corso previa iscrizione (https://elearning.uniud.it/moodle/).