ФЕДЕРАЛЬНОЕ АГЕНТСТВО ПО ОБРАЗОВАНИЮ ГОУВПО «Марийский государственный университет» Физико-математический факультет

ФЕДЕРАЛЬНОЕ АГЕНТСТВО ПО ОБРАЗОВАНИЮ
ГОУВПО «Марийский государственный университет»
Физико-математический факультет
Кафедра теоретической и прикладной физики
УТВЕРЖДАЮ
Декан физико-математического
факультета
«
»
20
г.
/Попов Н.И./
(подпись, Ф.И.О)
У Ч Е Б Н О -М Е ТОДИ Ч Е С К И Й К ОМ П Л Е К С П О Д И СЦ И ПЛ ИН Е
ЕН.Р.01 Пакеты прикладных программ
СПЕЦИАЛЬНОСТЬ/НАПРАВЛЕНИЕ
010400 – Физика
(код и наименование специальности/направления в соответствии с лицензией)
Составитель
Мурзашев А.И., кандидат ф.-м. наук
(должность, Ф.И.О., ученая степень, звание автора программы)
Йошкар-Ола
20
УТВЕРЖДЕНО
на заседании кафедры
теоретической и прикладной физики
(название кафедры)
Протокол №
«
»
Зав. кафедрой
200 г.
УТВЕРЖДЕНО
на заседании УМК
Протокол №
«
»
200 г.
Председатель УМК
/
/
(подпись/Ф.И.О)
/Косов А.А./
(подпись/Ф.И.О)
2
СОДЕРЖАНИЕ УЧЕБНО-МЕТОДИЧЕСКОГО КОМПЛЕКСА
I Рабочая программа учебной дисциплины............................................................................
II Методические рекомендации по изучению учебной дисциплины ..................................
III Учебно-методические материалы ......................................................................................
IV Материалы текущего контроля, промежуточной аттестации и итогового контроля знаний..........................................................................................................................................
V Словарь терминов и персоналий .........................................................................................
VI Программа государственного экзамена, итогового междисциплинарного экзамена ............................................................................................................................................................
VII Программное и методическое обеспечение практики
3
ФЕДЕРАЛЬНОЕ АГЕНТСТВО ПО ОБРАЗОВАНИЮ
ГОУВПО «Марийский государственный университет»
Физико-математический факультет
УТВЕРЖДАЮ
Декан/директор Физико-математического факультета
(название факультета/института)
Буев А.Р.
(подпись, Ф.И.О. декана/директора)
«
»
2008 г.
РА Б О Ч АЯ П РО ГРА М М А
Учебная дисциплина
Пакеты прикладных программ
ЕН.Р.01
(наименование)
Специальность
010400 – Физика
(код и наименование в соответствии с лицензией)
Кафедра
теоретической и прикладной физики
(название)
Курс
2
семестр
форма обучения
4
Лекции
очная
19
(кол-во часов)
Практические занятия
–
(кол-во часов)
Лабораторные занятия
19
(кол-во часов)
Самостоятельная работа
110
(кол-во часов)
Курсовая работа (проект)
–
(семестр)
Зачет
4
(семестр)
Экзамен
–
(семестр)
Программа разработана Мурзашевым А.И. ,кандидатом ф.-м. наук
(должность, Ф.И.О., ученая степень, звание автора программы)
Йошкар-Ола
2008 г.
4
Рекомендована к утверждению
решением учебно-методической
комиссии (учебно-методического
совета) физико-математического
факультета
Рассмотрена и одобрена на
заседании кафедры
теоретической и прикладной
физики
(название кафедры)
(название факультета / института, специальности)
протокол заседания № 1
«01»
сентября
от
протокол заседания № 1
2008 г.
«01»
сентября
от
2008 г.
Косов А.А.
(подпись, Ф.И.О. председателя)
(подпись, Ф.И.О., зав. кафедрой)
СОГЛАСОВАНО с выпускающей кафедрой
(название кафедры)
протокол заседания №
от «
»
2008 г.
(Ф.И.О. зав. кафедрой, подпись)
Сведения о переутверждении рабочей программы учебной дисциплины
на очередной учебный год и регистрация изменений
Учебный
год
20082009
Решение кафедры
Автор изменения
(№ протокола, дата заседания
кафедры, Ф.И.О., подпись
зав. кафедрой)
(Ф.И.О., подпись)
Пр. №1 от 01.09.2009 г.
Косов А.А.
Номер
изменения
2
5
1. ПОЯСНИТЕЛЬНАЯ ЗАПИСКА
Данная дисциплина входит в национально-региональный (вузовский) компонент,
предусмотренный учебным планом.
1.2. Цели, учебные задачи дисциплины, место и роль учебной дисциплины в
подготовке специалиста
По завершении изучения курса студент должен:
знать:
– основные понятия и принципы организации программных средств математических вычислений физических задач;
– ключевые средства математического и физического моделирования;
– методы применения специализированных пакетов в расчетных разделах.
уметь:
– создавать математические и физические модели в соответствующих интерфейсах;
– создавать программы численных расчетов;
– применять различные программные средства для анализа соответствующего
класса задач.
иметь представление о:
– об основных приемах в области математического и физического моделирования.
1.3. Формы организации обучения студентов
Обучение ведется в виде лекционных и лабораторных занятий.
1.4. Виды контроля
Зачет.
6
2. ТЕМАТИЧЕСКИЙ ПЛАН ИЗУЧЕНИЯ УЧЕБНОЙ ДИСЦИПЛИНЫ
3
1
1.1
Компьютерная алгебраическая система Maple. Среда Maple.
Операции с выражениями. Функции
оценивания.
Аналитические преобразования.
Элементарные математические вычисления
Решение задач математического
анализа.
Решение задач линейной алгебры.
Решение дифференциальных уравнений.
Построение графиков
1.3
1.4
1.5
1.6
1.7
1.8
1.9
1.10
3
1.11
Операции линейной алгебры в Maple
Графические возможности. Решение дифференциальных уравнений
в Maple
Средства программирования в Maple.
ИТОГО:
Лабораторные
занятия
Лекции
4
Самостоятельная
работа
2
Практические
занятия (семинарские)
1
1.2
Количество часов по учебному плану
Аудиторная нагрузка
Всего
№ п/п темы
№ п/п раздела
Наименование разделов и тем
7
8
5
6
1
1
1
1
6
1
1
6
2
1
6
2
2
6
2
2
6
2
2
6
2
2
6
2
2
6
2
2
6
2
2
20
19
19
110
7
3. СОДЕРЖАНИЕ РАБОЧЕЙ ПРОГРАММЫ
3.1. Тематический план лекционных занятий
№№
п/п
1.1
1.2
1.3
1.4
1.5
1.6
1.7
2.3
2.4
3.1
Темы лекционных занятий
Кол-во
часов
Компьютерная алгебраическая система Maple. Среда Maple. Команды Maple. Идентификаторы. Константы. Операции. Типы данных. Стандартные математические функции. Использование кавычек. Справочная система.
Аналитические преобразования.
1
Элементарные математические вычисления. Функции для работы с
полиномами. Функции для решения уравнений и неравенств. Геометрические пакеты Maple. Определение геометрических объектов
на плоскости. Функции для работы с точками. Функции для работы
с прямыми. Функции для работы с окружностями. Функции для работы с треугольниками.
Решение задач математического анализа. Функции прямого и отложенного исполнения. Вычисление пределов, сумм, произведений. Исследование функций. Дифференцирование и интегрирование. Разложение функций в ряды.
Решение задач линейной алгебры. Матрицы и векторы в Maple. Создание матриц и векторов. Работа со структурой матриц и векторов.
Вычисления с матрицами и векторами.
Решение дифференциальных уравнений. Функция dsolve. Аналитическое решение дифференциальных уравнений. Численное решение дифференциальных уравнений. Решение дифференциальных
уравнений в частных производных.
Построение графиков. Двумерные графики функций в декартовых
и полярных координатах. Двумерные графики функций заданных
параметрически. Двумерные графики неявно заданных функций.
Операции линейной алгебры в Maple. Массивы. Работа со структурой массивов. Частный случаи: вектор, матрица.
Графические возможности. Решение дифференциальных уравнений
в Maple
Средства программирования в Maple. Программирование в Maple.
Линейное программирование. Условный оператор. Циклы. Подпрограммы. Элементы моделирования.
Всего
2
2
2
2
2
2
2
2
2
19
8
3.2. Тематический план лабораторных занятий
№№
п/п
1
Темы лабораторных занятий
2
Кол-во
часов
3
Операции с выражениями. Функции оценивания.
1
Аналитические преобразования.
2
Элементарные математические вычисления.
2
Решение задач математического анализа.
2
Решение задач линейной алгебры. Матрицы и векторы в Maple. Создание матриц и векторов. Работа со структурой матриц и векторов.
Вычисления с матрицами и векторами.
Решение дифференциальных уравнений. Функция dsolve. Численное решение дифференциальных уравнений. Решение дифференциальных уравнений в частных производных.
Построение графиков. Двумерные графики функций в декартовых
и полярных координатах. Двумерные графики функций заданных
параметрически. Двумерные графики неявно заданных функций.
Операции линейной алгебры в Maple. Массивы. Работа со структурой массивов. Частный случаи: вектор, матрица.
Графические возможности. Решение дифференциальных уравнений
в Maple. Двумерные, трехмерные графические представления.
Средства программирования в Maple. Программирование в Maple.
Линейное программирование. Условный оператор. Циклы. Подпрограммы. Элементы моделирования.
Всего
2
2
2
2
2
2
19
3.3. Тематический план самостоятельной работы
№№
п/п
1
1.1
1.2
Темы для самостоятельного изучения
2
Компьютерная алгебраическая система Maple. Среда Maple. Команды Maple. Идентификаторы. Константы. Операции. Типы данных. Стандартные математические функции. Использование кавычек. Справочная система.
Аналитические преобразования.
1
Элементарные математические вычисления. Функции для работы с
полиномами. Функции для решения уравнений и неравенств. Геометрические пакеты Maple. Определение геометрических объектов
на плоскости. Функции для работы с точками. Функции для работы
с прямыми. Функции для работы с окружностями. Функции для работы с треугольниками.
2
1.4
Решение задач математического анализа. Функции прямого и от-
1.3
Кол-во
часов
3
6
6
6
3
6
9
1.5
1.6
1.7
2.1
2.2
2.3
3.1
4.1
ложенного исполнения. Вычисление пределов, сумм, произведений. Исследование функций. Дифференцирование и интегрирование. Разложение функций в ряды.
Решение задач линейной алгебры. Матрицы и векторы в Maple. Создание матриц и векторов. Работа со структурой матриц и векторов.
Вычисления с матрицами и векторами.
Решение дифференциальных уравнений. Функция dsolve. Аналитическое решение дифференциальных уравнений. Численное решение дифференциальных уравнений. Решение дифференциальных
уравнений в частных производных.
Построение графиков. Двумерные графики функций в декартовых
и полярных координатах. Двумерные графики функций заданных
параметрически. Двумерные графики неявно заданных функций.
Численные и аналитические операции в Maxima. Операции с выражениями. Способы представления и обращения промежуточных
значений.
Операции линейной алгебры в Maxima. Массивы. Работа со структурой массивов. Частный случаи: вектор, матрица.
Графические возможности. Решение дифференциальных уравнений
в Maxima. Понятие GNU Plot, двумерные, трехмерные графические
представления.
Средства программирования в Maxima. Программирование в
Maple. Линейное программирование. Условный оператор. Циклы.
Подпрограммы. Элементы моделирования.
Интегрированный пакет математического моделирования S.A.G.E.
Всего
6
6
6
6
6
6
20
30
110
5. ВИДЫ И ФОРМЫ КОНТРОЛЯ ЗНАНИЙ СТУДЕНТОВ
5.1. Вопросы к зачету
1. Компьютерная алгебраическая система Maple. Среда Maple. Команды Maple.
Идентификаторы. Константы. Операции. Типы данных.
2. Компьютерная алгебраическая система Maple. Стандартные математические
функции. Использование кавычек. Справочная система.
3. Компьютерная алгебраическая система Maple. Операции с выражениями. Функции оценивания.
4. Компьютерная алгебраическая система Maple. Аналитические преобразования.
5. Компьютерная алгебраическая система Maple. Элементарные математические
вычисления. Функции для работы с полиномами. Функции для решения уравнений и неравенств. Геометрические пакеты Maple. Определение геометрических объектов на плоскости. Функции для работы с точками.
6. Компьютерная алгебраическая система Maple. Функции для работы с прямыми.
Функции для работы с окружностями. Функции для работы с треугольниками.
7. Компьютерная алгебраическая система Maple. Решение задач математического
анализа. Функции прямого и отложенного исполнения. Вычисление пределов, сумм, произведений.
10
8. Компьютерная алгебраическая система Maple. Определение функций. Исследование функций. Дифференцирование и интегрирование. Разложение функций в ряды.
9. Решение задач линейной алгебры. Матрицы и векторы в Maple. Создание матриц
и векторов. Работа со структурой векторов.
10. Компьютерная алгебраическая система Maple. Работа со структурой матриц.
Вычисления с матрицами и векторами.
11. Компьютерная алгебраическая система Maple. Решение дифференциальных
уравнений. Функция dsolve. Аналитическое решение дифференциальных уравнений. Численное решение дифференциальных уравнений. Решение дифференциальных уравнений в
частных производных.
12. Компьютерная алгебраическая система Maple. Построение графиков. Двумерные графики функций в декартовых и полярных координатах.
13. Компьютерная алгебраическая система Maple. Двумерные графики функций заданных параметрически. Двумерные графики неявно заданных функций.
14. Операции линейной алгебры в Maple. Массивы. Работа со структурой массивов.
Частный случаи: вектор, матрица
15. Графические возможности. Решение дифференциальных уравнений в Maple.
Понятие GNU Plot, двумерные, трехмерные графические представления.
16. Средства программирования в Maple. Программирование в Maple.
17. Линейное программирование. Условный оператор.
18. Циклы. Подпрограммы.
19. Компьютерная алгебраическая система Maple. Элементы моделирования.
6. УЧЕБНО-МЕТОДИЧЕСКОЕ ОБЕСПЕЧЕНИЕ
РАБОЧЕЙ ПРОГРАММЫ
6.1. Список литературы
Основная литература
1. В.Н. Говорухин, В.Г. Цибулин. Maple – система аналитических вычислений для
математического моделирования.
2. В.П. Дьяконов. Математическая система Maple V R3/R4/R5 1998 г., Москва.
3. Paulo Ney de Souza, Richard J. Fateman, Joel Moses, Cliff Yapp The Maxima Book
2004 -155 с.
6.2. Технические и электронные средства обучения
Компьютерная программа Maple 12.
11
7. КОНСПЕКТЫ ЛЕКЦИЙ
8. ГЛОССАРИЙ, СЛОВАРЬ ТЕРМИНОВ И ПЕРСОНАЛИЙ
9. ПРОГРАММА ГОСУДАРСТВЕННОГО ЭКЗАМЕНА, ИТОГОВОГО
МЕЖДИСЦИПЛИНАРНОГО ЭКЗАМЕНА
(если экзамен предусмотрен)
10. ПРОГРАММНОЕ И МЕТОДИЧЕСКОЕ ОБЕСПЕЧЕНИЕ ПРАКТИКИ
(если практика предусмотрена)
12