Niniejsza książka przeznaczona jest jako pomoc dydaktyczna przede wszystkim dla studentów kierunku budownictwo (specjalność budownictwo wodne) oraz inżynieria środowiska, mających za sobą wykład z podstaw informatyki. Poszczególne zagadnienia omówiono w sposób przystępny, umożliwiający samodzielne rozwiązywanie typowych zadań inżynierii wodnej. Z tego powodu podstawy teoretyczne metod numerycznych ograniczono do niezbędnego minimum, podając jednocześnie źródła bibliograficzne, w których można znaleźć szczegółowe i wyczerpujące informacje na dany temat. Jednak od czytelnika wymagana jest znajomość podstawowych działów matematyki w zakresie kursu matematyki dla wymienionych wcześniej kierunków studiów. W celu ułatwienia korzystania z książki w dodatku zamieszczonym na jej końcu przypomniano syntetyczne informacje o błędach w obliczeniach, reprezentacji maszynowej liczb itd. Zakłada się również, że czytelnik posiada znajomość fizycznych podstaw dotyczących przepływu wody w przewodach pod ciśnieniem, w kanałach otwartych i w ośrodkach porowatych, a także transportu domieszek rozpuszczonych w wodzie. Dla pełniejszej ilustracji omówionych metod i przedstawionych algorytmów, większość zagadnień zilustrowano przykładami rozwiązań.
Spis treści:
Przedmowa
1. Rozwiązywanie układów algebraicznych równań liniowych
1.1. Wprowadzenie
1.2. Dokładne metody rozwiązywania układów równań liniowych
1.2.1. Układy z macierzami trójkątnymi
1.2.2. Metoda eliminacji Gaussa
1.2.3. Metoda rozkładu macierzy układu na macierze trójkątne
1.2.4. Metoda odwracania macierzy
1.2.5. Metoda gradientów sprzężonych
1.3. Metody iteracyjne rozwiązywania układów równań liniowych
1.4. Uwagi o układach równań liniowych
2. Rozwiązywanie przybliżone równań nieliniowych
2.1. Wprowadzenie
2.2. Metoda połowienia (bisekcji)
2.3. Metoda interpolacji liniowej (siecznych)
2.4. Metoda iteracji prostej
2.5. Metoda Newtona (stycznych)
2.6. Metody kombinowane
2.6.1. Metoda Riddersa
2.6.2. Metoda Wegsteina
2.6.3. Metoda Steffensena
2.7. Rozwiązywanie układów równań nieliniowych
2.7.1. Metoda iteracji prostej (Picarda)
2.7.2. Metoda Newtona
3. Interpolacja i aproksymacja funkcji
3.1. Uwagi wstępne
3.2. Wielomiany interpolacyjne
3.3. Wielomian interpolacyjny Lagrange`a
3.4. Interpolacja funkcjami sklejanymi
3.5. Aproksymacja funkcji za pomocą wielomianów
3.6. Porównanie interpolacji i aproksymacji
4. Rozwiązywanie równań różniczkowych zwyczajnych
4.1. Wprowadzenie
4.2. Numeryczne rozwiązywanie zagadnień początkowych dla równań różniczkowych zwyczajnych
4.2.1. Metody jawne jednokrokowe
4.2.2. Metody jawne wielokrokowe
4.2.3. Metody niejawne jednokroko we
4.2.4. Metody niejawne wielokrokowe
4.2.5. Rozwiązywanie układów równań różniczkowych zwyczajnych
4.2.6. Rozwiązywanie równań różniczkowych zwyczajnych rzędu wyższego niż jeden
4.3. Numeryczne rozwiązywanie zagadnień brzegowych dla układów równań różniczkowych zwyczajnych
5. Równania różniczkowe o pochodnych cząstkowych
5.1. Przykłady równań w inżynierii wodnej
5.2. Klasyfikacja równań różniczkowych cząstkowych i poprawne formułowanie problemu ich rozwiązania
5.3. Metoda różnic skończonych
5.4. Metoda elementów skończonych
5.5. Elementy teorii numerycznego rozwiązywania równań różniczkowych cząstkowych
6. Algorytmy rozwiązania równań różniczkowych o pochodnych cząstkowych metodą różnic skończonych
6.1. Rozwiązanie jednowymiarowego równania filtracji nieustalonej
6.2. Rozwiązanie układu równań de Saint-Venanta
6.3. Rozwiązanie jednowymiarowego równania adwekcji-dyfuzji
6.4. Rozwiązanie dwuwymiarowego równania filtracji nieustalonej
6.5. Rozwiązanie dwuwymiarowego równania filtracji ustalonej pod ciśnieniem
6.6. Rozwiązanie układu równań uderzenia hydraulicznego metodą charakterystyk z zastosowaniem metody różnic skończonych
7. Algorytmy rozwiązania równań różniczkowych o pochodnych cząstkowych metodą elementów skończonych
7.1. Rozwiązanie jednowymiarowego równania adwekcji-dyfuzji
7.2. Rozwiązanie dwuwymiarowego równania filtracji ustalonej pod ciśnieniem
7.3. Rozwiązanie dwuwymiarowego równania filtracji nieustalonej ze swobodnym zwierciadłem
Bibliografia
Dodatek