Analyse numérique et optimisation.

Une introduction à la modélisation mathématique

et à la simulation numérique

MAP 431

(G. Allaire)

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Prérequis du cours

  • Pour les élèves ayant effectué leurs études en France: aucun autre prérequis que le niveau de connaissances acquis en classes préparatoires ou en premier cycle universitaire.
  • Pour les autres élèves: algèbre linéaire, calcul différentiel, équations différentielles ordinaires.
  • A propos du polycopié

    Le polycopié distribué aux élèves est une version abrégée du livre "Analyse numérique et optimisation" édité par les Éditions de l'École Polytechnique. La numérotation des énoncés, des équations, des exercices et des figures est identique pour les deux ouvrages. La version abrégée du polycopié est suffisante pour le programme suivi en amphithéatre.

    La liste des errata du livre (édition 2005)

    Programme des amphis

    Corrigés des exercices du polycopié (O. Pantz)

    Fichiers pdf:  chapitre 1  chapitre 2  chapitre 3  chapitre 4  chapitre 5  chapitre 6  chapitre 7  chapitre 8  chapitre 9  chapitre 10  annexe

    Corrigés des travaux pratiques sur les différences finies

    Quelques programmes informatiques qui ont servi à illustrer le polycopié

    Devoir obligatoire

    Un devoir obligatoires sera distribué à partir du 27 mars 2012. Il devra être rendu individuellement (une copie par élève) avant le mardi 10 avril 2012 à 16h00 à la scolarité. Les élèves ne doivent pas travailler en groupe sur ce devoir (ce qui serait assimilé à du plagiat ou de la copie): toute copie similaire à d'autres copies sera systématiquement sous-évaluée voire notée zéro. Un corrigé sera disponible à la scolarité à partir du mercredi 11 avril 2012. Les copies seront corrigées par des moniteurs du département de mathématiques appliquées qui les noteront sur 20 points. Cette note sera prise en compte dans la formule de la note de module (voir plus bas). Le but de ce devoir est double: d'une part, il entre dans le cadre du contrôle continu qui conduit à la note de module, d'autre part, il permet aux élèves de s'entrainer et de s'évaluer avant le contrôle hors classement.

    Organisation des travaux pratiques:

    mini-projet de simulation numérique

    Les Travaux Pratiques obligatoires du cours d'Analyse Numérique et Optimisation (MAP 431) servent d'illustration et de motivation concrète à ce cours. Ils se présentent sous la forme de mini-projets qui portent sur des sujets simples, donc assez académiques. Ils comportent à la fois une phase de compréhension du modèle et d'étude théorique, et une phase de simulation numérique à l'aide des logiciels Scilab et FreeFem++. Les sujets ont été proposés par les enseignants. Ils sont réalisés par binôme indépendemment des groupes de PC. Il ne peut pas y avoir plus de 15 binômes sur le même sujet. En plus des 2 séances de TP encadrées (de 2 heures chacune, programmées à la place de séances de PC), la charge de travail personnel demandée est de l'ordre d'une vingtaine d'heures de réflexion, de mise en oeuvre informatique et de rédaction sur le papier. Comme les TP démarrent dès le début du cours, il est nécessaire que les élèves étudient en avance et par eux-mêmes les parties du polycopié du cours qui se rapportent à leur sujet. Les mini-projets comportent des questions théoriques et numériques auxquelles doivent répondre les élèves. Pour les plus motivés, une ouverture vers des applications plus poussées est proposée sous forme de questions facultatives. Les élèves peuvent bien sûr demander des renseignements à l'enseignant qui a proposé leur sujet.

    Encadrement

    Il s'organise en trois niveaux:

  • 2 séances de TP encadrées par votre enseignant de Petites Classes: présentation de Scilab et exercices numériques sur les différences finies, présentation de Freefem++ et exercices numériques sur les éléments finis.
  • suivi et notation du mini-projet: ce travail est assuré par l'enseignant qui l'a proposé.
  • assistance logicielle et numérique: elle est assurée par des moniteurs du Département de Mathématiques Appliquées.
  • Obligations des élèves

  • Choisir un sujet de TP par binôme (pas de trinôme ou plus) avant le mardi 7 février 2012, et s'inscrire à la scolarité. Il ne peut pas y avoir plus de 15 binômes sur un même sujet. L'attribution des sujets s'effectuera sur la base de "premier arrivé, premier servi".
  • Connaitre des rudiments d'Unix ainsi que le fonctionnement du logiciel Scilab avant le début des TP.
  • Assister aux 2 séances (obligatoires) de TP encadrées en salle informatique les 7 février, et 3 avril 2012.
  • Répondre aux questions théoriques et numériques posées dans le sujet et rédiger un mini-rapport (un rapport par binôme, pas plus de quelques pages, sans listing de programmes ou figures non demandées, qui peut être manuscrit). D'une part, ce rapport doit être remis à la scolarité, au plus tard, pour le vendredi 25 mai 2012. D'autre part, pour la même date limite, il doit être scanné au format pdf et envoyé par courrier électronique, accompagné des programmes (commentés) Scilab et Freefem++, au donneur de sujet dont l'adresse électronique figure sur le sujet.
  • Prévoir, en plus des séances de TP encadrées, de l'ordre d'une vingtaine d'heures de travail personnel de réflexion, de mise en oeuvre informatique et de rédaction.
  • NOTATION

    La notation du travail jugera:

  • de l'assiduité et de la qualité du travail fourni par les élèves lors des séances de TP encadrées,
  • de la compréhension du sujet, de l'assimilation des notions théorique ou numériques liées au sujet, et de la qualité des résultats obtenus,
  • de la justesse des réponses aux questions posées dans le mini-rapport.
  • La note de Travaux Pratiques interviendra dans le calcul de la note de module (mais pas dans celui de la note de classement). Sa part sera égale à celle de la note du contrôle hors classement.

    Sujets de Travaux pratiques

    La liste des sujets de Travaux pratiques (2012)

    Les * (de 0 à 3 étoiles) donnent une indication (subjective) de la difficulté de chaque sujet: (0=facile, *= normal, **= un peu plus difficile).

    N'hésitez pas à contacter l'enseignant ayant proposé le sujet si vous restez bloqué sur une question. Les sujets pourront être très marginalement modifiés si l'enseignant le juge nécessaire.

  • Sujet 1: Calcul du champ démagnétisant d'un matériau aimanté (F. Alouges) **
  • Sujet 2: Invisibilité électromagnétique (H. Ammari)*
  • Sujet 3: Degenerate elliptic operators (U. Boscain) *
  • Sujet 4: Structure électronique des cristaux (E. Cances)*
  • Sujet 5: Minimisation de fonctions non linéaires en traitement du signal et de l'image (A. Chambolle) **
  • Sujet 6: Physique statistique et irréversibilité : autour du Thm. H de Boltzmann. Fondement et applications numérique (F. Coquel) *
  • Sujet 7: Propagation d'ondes non linéaires dispersives (A. De Bouard) *
  • Sujet 8: Distributions en âge persistantes et approchées d'une EDP (X. Dupuis) **
  • Sujet 9: Impact d'un corps élastique contre une paroi (A. Ern) **
  • Sujet 10: Mouvement des bactéries dans l'eau (I. Favorskiy) **
  • Sujet 11: Condition d'impédance pour un problème de couches minces par analyse multi-échelle (M. Gazeau) *
  • Sujet 12: Problème de Stokes et condition de convergence (L. Giraldi) *
  • Sujet 13: Amortissement musical de type fractionnaire (H. Haddar) **
  • Sujet 14: Modélisation des alvéoles dans un cycle respiratoire (Z. Jiang) *
  • Sujet 15: Cristaux liquides et brossage de hérisson (B. Merlet) *, Scripts associés: CalculEnergie.sci, MinimiseEnergie.sci
  • Sujet 16: Stimulation des neurones par une électrode (O. Pantz) **
  • Sujet 17: Modes de cavité pour le sustème de Maxwell en dimension 1 et 2 (I. Terrasse) ***
  • Sujet 18: Etude d'un matériau lamellé dans le cadre de l'équation de la chaleur (G. Thouroude) **
  • Notation du cours MAP 431

           Formule de la note de module
    

    Sujets et corrigés des examens des années précédentes

  • Sujet de l'examen non classant (avril 2002)  SujetHC2002.ps
  • Corrigé de l'examen non classant (avril 2002)  CorrHC2002.ps
  • Sujet et corrigé de l'examen classant (juin 2002)  gccc02.pdf
  • Sujet de l'examen de rattrapage (septembre 2002)  rattap.ps
  • Corrigé de l'examen de rattrapage (septembre 2002)  rattapcor.ps
  • Sujet et corrigé du devoir obligatoire (avril 2003)  devoir2003.ps
  • Sujet de l'examen non classant (avril 2003)  hc03.ps
  • Corrigé de l'examen non classant (avril 2003)  cor03.ps
  • Sujet de l'examen classant (juin 2003)  SujetCC2003.ps
  • Corrigé de l'examen classant (juin 2003)  CorrCC2003.ps
  • Sujet de l'examen de rattrapage (septembre 2003)  rattap2.ps
  • Corrigé de l'examen de rattrapage (septembre 2003)  rattapcor2.ps
  • Sujet de l'examen non classant (avril 2004)  hc04.ps
  • Corrigé de l'examen non classant (avril 2004)  cor04.ps
  • Sujet de l'examen classant (juin 2004)  cc-map431-2004.pdf
  • Corrigé de l'examen classant (juin 2004)  corrige-cc-map431-2004.pdf
  • Sujet de l'examen de rattrapage (septembre 2004)  rattap3.ps
  • Corrigé de l'examen de rattrapage (septembre 2004)  rattapcor3.ps
  • Sujet et corrigé de l'examen classant (juin 2005)  CC05.pdf
  • Sujet de l'examen non classant (avril 2006)  hc06.pdf
  • Corrigé de l'examen non classant (avril 2006)  cor06.pdf
  • Sujet de l'examen classant (juin 2006)  examTotal.pdf
  • Corrigé de l'examen classant (juin 2006)  examCorrigeTotal.pdf
  • Sujet de l'examen non classant (avril 2007)  hc07.pdf
  • Corrigé de l'examen non classant (avril 2007)  cor07.pdf
  • Sujet de l'examen classant (juin 2007)  CC2007.pdf
  • Corrigé de l'examen classant (juin 2007)  CC2007_corrige.pdf
  • Sujet de l'examen non classant (avril 2008)  hc08.pdf
  • Corrigé de l'examen non classant (avril 2008)  cor08.pdf
  • Sujet de l'examen classant (juin 2008)  CC2008.pdf
  • Corrigé de l'examen classant (juin 2008)  CC2008-correction.pdf
  • Sujet de l'examen non classant (avril 2009)  hc09.pdf
  • Corrigé de l'examen non classant (avril 2009)  cor09.pdf
  • Sujet et corrigé de l'examen classant (juin 2009)  CC09-431.pdf
  • Sujet de l'examen non classant (avril 2010)  hc10.pdf (  English version)
  • Corrigé de l'examen non classant (avril 2010)  cor10.pdf
  • Sujet de l'examen classant (juin 2010)  CC2010.pdf (  English version)
  • Corrigé de l'examen classant (juin 2010)  CC2010corrige.pdf
  • Sujet de l'examen non classant (avril 2011)  HC2011.pdf (  English version)
  • Corrigé de l'examen non classant (avril 2011)  correctionHC2011.pdf
  • Sujet de l'examen classant (juin 2011)  exam2011.pdf
  • Corrigé de l'examen classant (juin 2011)  exam2011-correction.pdf
  • Le livre de cours est dédié à la mémoire de Jacques-Louis Lions

    Pour en savoir plus sur celui qui fut l'un des fondateurs de l'école francaise de mathématiques appliquées, voir le site J.-L. Lions