Analyse numérique et optimisation. Une introduction à la modélisation mathématique et à la simulatio
Allaire Grégoire
ECOLE POLYTECH
35,50 €
Épuisé
EAN :9782730212557
Ce livre est issu d'un cours enseigné à l'École Polytechnique dont l'objectif, au delà de la présentation de l'analyse numérique et de l'optimisation, est d'introduire les étudiants au monde de la modélisation mathématique et de la simulation numérique. La modélisation et la simulation ont pris une importance considérable ces dernières décennies dans tous les domaines de la science et des applications industrielles (ou sciences de l'ingénieur). En effet, depuis leur apparition au lendemain de la seconde guerre mondiale les ordinateurs ont profondément transformé les mathématiques en en faisant une science expérimentale: on fait des "expériences numériques" (des calculs sur ordinateurs) comme d'autres font des expériences physiques. L'analyse numérique est justement la discipline qui conçoit et analyse les méthodes ou algorithmes de calcul. La simulation numérique permet aux mathématiciens de s'attaquer à des problèmes beaucoup plus complexes et concrets qu'auparavant, issus de motivations immédiates industrielles ou scientifiques, auxquels on peut apporter des réponses à la fois qualitatives mais aussi quantitatives: c'est la modélisation mathématique. Remarquons qu'à coté des champs d'applications traditionnels que sont la chimie, le mécanique et la physique se sont ouverts de nouvelles perspectives en biologie, environnement, finance, médecine et sciences sociales. Par ailleurs, l'ingénieur ou le scientifique qui a réussi à simuler numériquement son problème ne s'arrête pas en si bon chemin: il veut ensuite pouvoir intervenir sur certains paramètres pour améliorer ou optimiser le fonctionnement, le rendement, ou la réponse d'un système en maximisant (ou minimisant) des fonctions associées. C'est précisément le but de l'optimisation qui fournit des outils théoriques ou numériques pour ce faire. L'analyse numérique et l'optimisation sont donc deux outils essentiels et complémentaires de la modélisation mathématique. Des travaux pratiques de simulation numérique à l'aide des logiciels Scilab et FreeFem ++ accompagnent cet ouvrage et sont disponibles sur le site web http://www.cmap.polytechnique.fr/-allaire. Ce livre s'adresse en premier lieu aux étudiants des grandes écoles d'ingénieurs et des universités scientifiques en fin de licence ou première année de masters. Il peut par ailleurs permettre à des ingénieurs ou des chercheurs d'autres disciplines de se familiariser avec l'analyse numérique et l'optimisation. Biographie de l'auteur Grégoire Maire est professeur des universités et professeur à l'École Polytechnique. Ses travaux de recherche portent sur la modélisation mathématique et le calcul scientifique, en particulier pour l'optimisation de formes et pour les systèmes multi-échelles.
Nombre de pages
459
Date de parution
07/10/2005
Poids
808g
Largeur
170mm
Plus d'informations
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EAN
9782730212557
Titre
Analyse numérique et optimisation. Une introduction à la modélisation mathématique et à la simulatio
Auteur
Allaire Grégoire
Editeur
ECOLE POLYTECH
Largeur
170
Poids
808
Date de parution
20051007
Nombre de pages
459,00 €
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L'algèbre linéaire est un outil essentiel pour toutes les branches des mathématiques. En particulier, les mathématiques appliquées en font un grand usage lorsqu'il s'agit de calculer numériquement les solutions de nombreux problèmes ayant pour origine les sciences physiques ou mécaniques, l'économie, la chimie, les sciences du vivant, etc. L'objectif de ce cours de licence ou de premières années d'écoles d'ingénieurs est donc d'exposer l'algèbre linéaire numérique, c'est-à-dire la théorie et les algorithmes pratiques de résolution, à l'aide d'ordinateurs, de problèmes d'algèbre linéaire. Il s'agit principalement de résoudre des systèmes linéaires et de calculer les valeurs et vecteurs propres d'une matrice. L'originalité de ce cours est de proposer une approche expérimentale de l'algèbre linéaire : des exercices pratiques à effectuer sur un ordinateur accompagnent chaque chapitre. Ces exercices utilisent le logiciel de calcul numérique Scilab de l'INRIA qui facilite la programmation informatique des algorithmes étudiés.
L'enseignement des mathématiques appliquées et de l'analyse numérique utilise de plus en plus une approche expérimentale à travers des exemples de calcul sur ordinateurs. Ceci ne fait que refléter la part grandissante de la simulation numérique dans tous les domaines de la science : physique, mécanique, économie, chimie, biologie, etc. Cette approche est grandement facilitée par l'apparition récente de logiciels conviviaux et puissants de calcul numérique comme, par exemple, Scilab développé et distribué gratuitement par l'INRIA. Le but de ce livre est double. D'une part, il présente le logiciel Scilab de manière simple et auto-contenue. D'autre part, il contient des énoncés et des corrigés détaillés d'exercices pratiques d'algèbre linéaire numérique qui utilisent le logiciel Scilab.
Les modèles de transport ou de diffusion interviennent dans la description mathématique de nombreux systèmes physiques mettant en jeu l'interaction entre une assemblée de particules (neutrons dans un matériau fissile, photons dans une atmosphère planétaire ou stellaire...) ou une population d'organismes vivants et le milieu ambiant. L'objectif de ce livre est de présenter les modélisations cinétiques (notamment l'équation de Boltzmann linéaire), ainsi que les outils asymptotiques permettant de les relier aux modèles de diffusion (typiquement, à l'équation de la chaleur). Environ la moitié de l'exposé porte sur l'analyse numérique pour les deux modélisations, avec des applications à la notion de "taille (ou de masse) critique". Ce livre s'achève pu un chapitre sur la "méthode d'homogénéisation", qui fournit une modélisation efficace pour les problèmes de transport et de diffusion dans les milieux composites. Nous avons choisi dans cet ouvrage d'éviter autant que possible le recours à des théories mathématiques avancées (analyse fonctionnelle, formalisme des distributions, théorie spectrale en dimension infinie etc...) Chaque chapitre se termine pu des exercices illustrant les méthodes présentées dans le livre dans divers contextes applicatifs, ou proposant une ouverture vers d'autres aspects des équations de transport et de diffusion. Ce livre s'adresse principalement aux élèves des écoles d'ingénieurs ou aux étudiants de niveau Master souhaitant s'initier aux modèles cinétiques.
Cet ouvrage propose une présentation structurée de la formulation et la mise en ?uvre de la simulation numérique par éléments finis en mécanique des solides déformables. Il présente et développe les concepts et techniques permettant la transposition, en termes de codes de calcul de structures mécaniques industrielles, des notions fondamentales de mécanique des milieux continus solides, et ce dans le cadre d'analyses en régimes (a) statique linéaire, (b) quasistatique non-linéaire et (c) dynamique linéaire. L'exposé théorique est complété et illustré au moyen de programmes d'initiation écrits en Matlab (librement accessibles par Internet) mettant en ?uvre les notions développées dans cet ouvrage et conçus comme support pratique à un enseignement. Le texte combine ainsi l'exposition des principes et des méthodes avec la présentation détaillée de ces programmes et d'exemples les mettant en ?uvre. L'ouvrage est complété d'une annexe écrite par Andrei Constantinescu (directeur de recherche au CNRS) présentant la mise en ?uvre des principaux concepts dans l'environnement Cast3M développé par le CEA. Issu d'un enseignement de l'Ecole Polytechnique, cet ouvrage s'adresse aux étudiants d'école d'ingénieur ou de 2e ou 3e cycles universitaires, ainsi qu'aux ingénieurs et chercheurs. Il constitue une suite naturelle à un enseignement de mécanique des milieux continus
François Golse est professeur des universités et professeur à l'Ecole polytechnique. Ses recherches portent sur l'analyse des équations aux dérivées partielles de la physique mathématique. La théorie des distributions, construite par Laurent Schwartz vers 1950, est le cadre le mieux adapté à l'étude systématique des équations aux dérivées partielles. L'objectif de ce livre est de donner un exposé approfondi du calcul des distributions permettant d'aborder la plupart des questions relatives à l'analyse des équations aux dérivées partielles linéaires à coefficients constants. Le cas des équations aux dérivées partielles d'ordre un, étudié au début de l'ouvrage, sert de motivation à la notion de distribution et aux principales opérations du calcul des distributions (dérivation, multiplication par une fonction indéfiniment dérivable, produit de convolution, transformation de Fourier...). L'étude détaillée de ces différentes opérations occupe la première partie de ce livre. La deuxième partie de l'ouvrage est consacrée à une présentation de la théorie des équations aux dérivées partielles linéaires à coefficients constants d'ordre supérieur à un. Cette théorie est présentée à travers les principaux exemples d'équations aux dérivées partielles de la physique mathématique (équations de Laplace et de Poisson, de la chaleur, de Schrödinger et des ondes), étudiées systématiquement du point de vue de la notion de " solution élémentaire " et de " solution au sens des distributions des problèmes de Cauchy ". Cet ouvrage ne fait appel qu'au minimum des notions de topologie et d'analyse (intégration, calcul différentiel, fonctions holomorphes d'une variable complexe...) indispensable à l'exposé. Toutes les notions présentées sont illustrées par de très nombreux exemples traités en détail. Ce livre s'adresse principalement aux étudiants en master de mathématiques et aux élèves des écoles d'ingénieurs, ainsi qu'aux candidats à l'agrégation de mathématiques.
Avec le sens de la prophétie qui l'habitait, Victor Hugo faisait s'exclamer en ces termes euphoriques l'étudiant Enjolras dans ses Misérables (1862) : " Citoyens, le XIXe siècle est grand mais le XXe sera heureux. Alors plus rien de semblable à la vieille histoire, on n'aura plus à craindre comme aujourd'hui une conquête, une invasion, une rivalité de nations à main armée, une interruption de civilisation dépendant d'un mariage de rois, et l'échafaud et le glaive, et les batailles et tous les brigandages du hasard dans la forêt des événements. On pourrait presque dire : il n'y aura plus d'événements. On sera heureux. " Un siècle plus tard, c'est un autre constat que lui opposent les philosophes. " Il n'y aura pas d'histoire universelle conduisant de la barbarie à l'humanité mais bien une histoire universelle conduisant de la fronde à la bombe H ", lui rétorque ainsi laconiquement Théodor Adorno. Que s'est-il donc passé entre l'utopie hugolienne et ce retour au réel " inhumain " ? Comment le XXe siècle a-t-il mis un abîme entre Victor Hugo et nous ? Comment pouvons nous penser cet abîme et donc ce siècle ? Tel est l'objet de cet essai. Ce livre est né d'un cours en 8 leçons prononcé au sein du département Humanités et sciences sociales de l'Ecole polytechnique par Alain Finkielkraut de 1998 à 2000 devant trois promotions successives d'étudiants. Il s'adresse en fait à tous ceux qui, à l'heure de sa " fin " ou de son " repli ", souhaitent " penser " le XXe siècle, ses acteurs et ses enjeux.
Cet ouvrage est destiné aux étudiants de maîtrise, DEA et thèse travaillant sur la chimie des métaux de transition et la catalyse homogène ainsi qu'aux professeurs et chercheurs non spécialistes qui souhaitent se familiariser rapidement avec ce domaine en pleine expansion. Cet ouvrage présente les principaux faits de la chimie moléculaire des métaux de transition sous deux angles complémentaires. Le premier angle de vue est descriptif avec un choix d'objets et de réactions suffisamment sélectif pour éviter un effort de mémoire trop important. Le deuxième angle est explicatif avec une rationalisation qualitative des structures et des réactivités observées sur la base du formalisme des orbitales frontières. Le lecteur peut ainsi maîtriser facilement les bases de cette chimie non classique. Ces bases descriptives et théoriques sont complétées par un survol des principales applications en synthèse organique et en catalyse homogène. Un choix de 300 références bibliographiques, certaines très récentes, lui permet en outre d'approfondir les points qui ont attiré son attention.