Computerphysik: Einführung, Beispiele und Anwendungen

Description

Dieses Lehrbuch bietet dem Leser eine aktuelle Einführung in das Lösen von physikalischen Problemen mit dem Computer. Die Grundlagen der Computernutzung, der Programmierung sowie der wichtigsten numerischen Methoden werden besprochen und anhand vieler Beispiele und Übungsaufgaben mit zunehmendem Bezug zur Physik verdeutlicht. Die Nutzung des Betriebssystems Linux und die Programmierung in C und Python bilden dabei die Schwerpunkte. Der wichtigste Teil des Buches umfasst die Projekte, in denen die zuvor besprochenen Grundlagen auf unterschiedliche Probleme der Physik angewendet werden. Die Projekte beinhalten viele wichtige Beispiele aus der Computerphysik (u.a. den Oszillator und Anfangswertprobleme) und diskutieren deren Anwendungen im Detail. Der Leser erhält damit das nötige Rüstzeug, um selbstständig physikalische Probleme mithilfe des Computers zu lösen. Zahlreiche Übungsaufgaben unterstützen beim Vertiefen des Erlernten. Neben einer Vielzahl an kleinen Ergänzungen und Verbesserungen ist die zweite Auflage um ein zusätzliches Projektkapitel zum Thema Daten- und Signalanalyse erweitert, wobei wichtige Themen wie statistische Methoden, Filtermethoden und Bildanalyse behandelt werden. Dieses Buch ist in erster Linie für Bachelorstudenten der Physik, aber auch anderer naturwissenschaftlicher Fächer gedacht. Es kann aber auch von Lehrern und Dozenten zur eigenen Vorbereitung genutzt werden. Vorkenntnisse auf dem Gebiet setzt dieses Buch nicht voraus. Nur in den Projekten wird auf Wissen aus den Grundvorlesungen der Physik zurückgegriffen. Front Matter ....Pages I-XVIII Einleitung (Stefan Gerlach)....Pages 1-5 Front Matter ....Pages 7-7 Hard- und Software (Stefan Gerlach)....Pages 9-16 Arbeiten mit Linux (Stefan Gerlach)....Pages 17-28 Front Matter ....Pages 29-29 Programmieren in C (Stefan Gerlach)....Pages 31-54 Programmieren in Python (Stefan Gerlach)....Pages 55-63 Wissenschaftliches Rechnen (Stefan Gerlach)....Pages 65-88 Hochleistungsrechnen (Stefan Gerlach)....Pages 89-101 Front Matter ....Pages 103-103 Zahlendarstellung und numerische Fehler (Stefan Gerlach)....Pages 105-111 Numerische Standardverfahren (Stefan Gerlach)....Pages 113-140 Numerik von gewöhnlichen Differenzialgleichungen (Stefan Gerlach)....Pages 141-148 Verfahren der linearen Algebra (Stefan Gerlach)....Pages 149-160 Zufallszahlen (Stefan Gerlach)....Pages 161-170 Front Matter ....Pages 171-171 Der Oszillator (Stefan Gerlach)....Pages 173-186 Nichtlineare Dynamik (Stefan Gerlach)....Pages 187-202 Randwertprobleme (Stefan Gerlach)....Pages 203-216 Anfangswertprobleme (Stefan Gerlach)....Pages 217-235 Eigenwertprobleme (Stefan Gerlach)....Pages 237-244 Daten- und Signalanalyse (Stefan Gerlach)....Pages 245-268 Stochastische Methoden (Stefan Gerlach)....Pages 269-275 Back Matter ....Pages 277-290