Informace k přednášce Ukázky aplikací matematiky NMAG166

Výběrová přednáška pro studenty  bakalářského studia, především prvního a druhého ročníku

Ukážeme si slavné aplikace matematiky v astronomii a prolamování šifer

Všechny aplikace budou vyžadovat pouze znalosti z prvního ročníku studia programu Matematika

Přednášející

Jiří Tůma

Místo a čas

Posluchárna K9, budova Sokolovská 83, čtvrtek 11,30

Konzultace

Lze domluvit osobně po přednášce, mailem na tuma (at)  karlin.mff.cuni.cz, nebo telefonem 2 2191 3240

Zkouška

Zkouška bude sestávat z napsání krátkého textu (aspoň 5 stránek) popisujícího nějakou aplikaci matematiky

Téma práce se můžete zvolit sami, mělo by nějak souviset s tématy probíranými na přednáškách. Téma se mnou ale prosím konzultujte dříve, než se do něho pustíte. Studenti vyšších ročníků by se mnou téma měli konzultovat předem v každém případě.

Termín odevzdání práce - po skončení výuky v letním semestru, nejpozději do 20.9.2022

Text by měl v ideálním případě obsahovat 1. popis reálné situace, 2. formulaci matematického modelu reálné situace,
3. řešení matematického problému formulovaného v rámci matematického modelu, případě pouze uvedení
a vysvětlení metod, které se pro řešení problému používají, 4. důsledek matematického řešení v reálné situaci

Pokud si nějaké téma pro zkouškovou práci vyberete, konzultujte je se mnou co nejdříve

Práce přijaté v roce 2014
David Bouška, Petra Kochaníková, Matěj Lébl, Robert Navrátil, Jiří Pavlů, Adolf Středa, Petr Vacek, Viliam Valent

Práce přijaté v roce 2015David Cichra, Matúš Drobuliak, Klára Sejková, Daniel Štumpf, David Vondrouš, Martin Žurav

Práce přijaté v roce 2016Samir Bessiso, Anna Gajdová Martin Jex, Dominika Kubániová, Peter Vook, Michal Zelina

Práce přijaté v roce 2017: Viktor Bahýl', Lukáš Belza, Juraj Bodík, Jan Dvořák, Vít Fojtík, Jaroslav Kroutil, Cyril Matoušek, Kristina Mišlanová, Daniel Onduš,  Jan Oupický, Michal Sekerka,  Žaneta Semanišinová, Samuel StaškoMarek Šešulka, Kateřina VaňkováWiliam Tatarko

Práce přijaté v roce 2019:  Daniel Beďatš, Daniela HrbáčováPatrik Hric, Jan Janoušek, Jakub KárnýMichal Košek, Lukáš Macek, Zdeněk Pustějovský, Tomáš Růžička, Willy Svoboda,  Jiří Škrobánek,  Martina Šuchová


Program přednášek v tomto semestru

Stellarium je software umožňující mimo jiné simulaci oblohy v jakémkoliv místě na Zemi a v jakémkoliv čase. K stažení je zde.

30.9.2021  Historický úvod do problematiky výpočtu dráhy planetky Ceres, geometrický význam měření. Geocentrické a heliocentrické souřadné systémy. Kepler a Newton.  Excentricita a parametr elipsy, rovnice elipsy v polárních souřadnicích se středem v ohnisku. První Keplerův zákon.

Anglický opis Piazziho měření. Piazziho měření vyšla tiskem v časopise Monatliche Correspondenz v září 1801. Poloha objektu na nebeské sféře. Gaussův slavný spis o pohybu nebeských těles po kuželosečkách z roku 1809. Původní Gaussovo sdělení o metodě výpočtu.
      
7.10.2021  Plocha elipsy, druhý Keplerův zákon, jeho matematická formulace.  jejich matematické formulace, Newtonův důkaz 2. Keplerova zákona. Třetí Keplerův zákon, jeho matematická formulace a plocha eliptického úseku  "zameteného" za čas t. Jak popsat dráhu planety neformálně, k tomu obrázek elementy dráhy planety. Inklinace a délka výstupního bodu.

14.10.2021  Zbývající elementy dráhy. Keplerova metoda výpočtu polohy planety. Definice anomálií, k tomu obrázek anomálie (tj. odchylky) . Výpočet střední anomálie. Výpočet excentrické anomálie, Keplerova rovnice, k tomu Newtonova  aproximace kořenů obecné rovnice f(x)=0. Výpočet pravé anomálie. Dokončení výpočtu polárních souřadnic planety a upozornění. Výpočet času průchodu periheliem ze známé polohy planety v polárních souřadnicích.

21.10.2021  Výpočet elementů dráhy planety z kartézských souřadnic její polohy ve dvou různých časech. Poloha roviny a směr oběhu, Geometrický význam vektorového a skalárního součinu. Výpočet inklinace a délky výstupního bodu. Tvar a umístění elipsy. Výpočet integrálu zadaného pomocí polárních souřadnic. Odhad parametru, excentricity a délky perihelia. Čas průchodu periheliem je spočítaný zde.

28.10.2021  Státní svátek

4.11.2021 Gaussův výpočet elementů dráhy planetky vychází ze tří měření polohy, situace a značení v rovině oběhu. Geometrický význam Cramerova pravidla, soustava lineaárních rovnic vedoucí k výpočtu vzdálenosti planetky pomocí dvou neznámých parametrů. Různá vyjádření parametru elipsy, která budou potřeba pro odhad přesnosti aproximace vzdáleností.

11.11.2021, 18.11.2021 Opakovaná přednáška  První odhad vzdálenosti planetky od Země a Gaussův přístup k posouzení spolehlivosti odhadu. Řád veličiny. Výpočet rádů některých důležitých veličin. Řády determinantů.

25.11.2021  Vysvětlení nepoužitelnosti prvního pokusu.  Úpravy výpočtu prvního odhadu tak, aby měla metoda šanci kovergovat. Závěrečné kroky.  Celá iterační metoda.

2.12.2021  Začíná Enigma  Úvod do historie prolomení šifry Enigma, prezentacepřednáška vychází z článku Mariana Rejewského (v angličtině) a jeho vzpomínek (v polštině), další Rejewského článek v polštině je zde simulátor přístroje Enigma ke stažení, (funguje pouze pod Windows XP nebo ještě staršími verzemi)

9.12.2021 Výpočet propojení v šifrovacím stroji Enigma - první část, prezentace

16.12.2021 Výpočet propojení v šifrovacím stroji Enigma - druhá část, prezentace

6.1.2022  Odhalování demmích klíčů, Rejewského bomba, Zygalského plachty, Turingova bomba, prezentace

13.1.2022  Přednáška se nekoná, zápočtový týden

Stránka k přednášce v roce 2019