MATH-456: Numerical analysis and computational mathematics

Résumé

The course provides an introduction to scientific computing. Several numerical methods are presented for the computer solution of mathematical problems arising in different applications. The software MATLAB is used to solve the problems and verify the theoretical properties of the numerical methods.

Source officielle

https://edu.epfl.ch/coursebook/fr/numerical-analysis-and-computational-mathematics-MATH-456

Page Moodle

http://go.epfl.ch/MATH-456

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Numerical method

In numerical analysis, a numerical method is a mathematical tool designed to solve numerical problems. The implementation of a numerical method with an appropriate convergence check in a programming language is called a numerical algorithm. Let be a well-posed problem, i.e. is a real or complex functional relationship, defined on the cross-product of an input data set and an output data set , such that exists a locally lipschitz function called resolvent, which has the property that for every root of , .

Function approximation

In general, a function approximation problem asks us to select a function among a that closely matches ("approximates") a in a task-specific way. The need for function approximations arises in many branches of applied mathematics, and computer science in particular , such as predicting the growth of microbes in microbiology. Function approximations are used where theoretical models are unavailable or hard to compute.

Analyse numérique

L’analyse numérique est une discipline à l'interface des mathématiques et de l'informatique. Elle s’intéresse tant aux fondements qu’à la mise en pratique des méthodes permettant de résoudre, par des calculs purement numériques, des problèmes d’analyse mathématique. Plus formellement, l’analyse numérique est l’étude des algorithmes permettant de résoudre numériquement par discrétisation les problèmes de mathématiques continues (distinguées des mathématiques discrètes).

Numerical methods for ordinary differential equations

Numerical methods for ordinary differential equations are methods used to find numerical approximations to the solutions of ordinary differential equations (ODEs). Their use is also known as "numerical integration", although this term can also refer to the computation of integrals. Many differential equations cannot be solved exactly. For practical purposes, however – such as in engineering – a numeric approximation to the solution is often sufficient. The algorithms studied here can be used to compute such an approximation.

Calcul numérique d'une intégrale

En analyse numérique, il existe une vaste famille d’algorithmes dont le but principal est d’estimer la valeur numérique de l’intégrale définie sur un domaine particulier pour une fonction donnée (par exemple l’intégrale d’une fonction d’une variable sur un intervalle). Ces techniques procèdent en trois phases distinctes : Décomposition du domaine en morceaux (un intervalle en sous-intervalles contigus) ; Intégration approchée de la fonction sur chaque morceau ; Sommation des résultats numériques ainsi obtenus.