ФЕДЕРАЦИИ Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования
“Кемеровский государственный университет” (КемГУ)
Физический факультет
Кафедра теоретической физики
УТВЕРЖДАЮ
Декан физического факультета
________________Ф. В. Титов
“__”________________ 20__г.
Рабочая программа дисциплины
«Векторный и тензорный анализ»
Направление подготовки
011200 Физика
Профиль подготовки:
преподавание физики,
физика конденсированного состояния,
физическое материаловедение
Квалификация (степень) выпускника
Бакалавр Форма обучения
очная
Кемерово
2011 г.
1. Цели освоения дисциплины Целями освоения дисциплины «Векторный и тензорный анализ» являются повышение профессионального уровня в плане подготовки специалиста, обеспечение необходимыми знаниями и привитие практических навыков работы с основными понятиями векторного и тензорного анализа.
2. Место дисциплины в структуре ООП бакалавриата
Дисциплина «Векторный и тензорный анализ» представляет собой дисциплину базовой части цикла Математического и естественнонаучного цикла (Б2) и относится к модулю Математика. Дисциплина «Векторный и тензорный анализ» базируется на курсах цикла дисциплин естественнонаучных и профессиональных дисциплин (Б2), входящих в модуль Математика. Студенты, обучающиеся по данному курсу должны знать основы математического анализа, аналитической геометрии, линейной алгебры. Теоретические дисциплины, для которых освоение данной дисциплины необходимо как предшествующее: «Теория функций комплексного переменного», «Дифференциальные уравнения», «Методы математической физики», «Основы механики сплошных сред», «Оптика», «Электродинамика», «Квантовая теория», «Физика конденсированного состояния вещества».
3. Компетенции обучающегося, формируемые в результате освоения дисциплины «Векторный и тензорный анализ»:ПК-1, ПК-2.
Компетенция ПК-1 (способность использовать базовые теоретические знания для решения профессиональных задач):
в результате освоения дисциплины «Векторный и тензорный анализ» обучающийся должен:
Знать следующие определения и понятия: 1. скаляра, вектора; 2. ортогональной системы координат, ортогональных преобразований; 3. истинного (полярного) тензора; 4. псевдотензора; 5. алгебру тензоров; 6. -символа Кронекера; 7. вектор - функции скалярного аргумента; 8. тензорного поля; 9. потока векторного поля. 10. циркуляции векторного поля; 11. теорему Остроградского - Гаусса для векторных полей (формулировку); 12. терему Стокса для векторных полей (формулировку). 13. Дифференциальные операции первого порядка (градиент, дивергенция, ротор). 14. Дифференциальные операции второго порядка. 15. Основную теорему векторного анализа.
Уметь: 1. вычислять скалярное, векторное, смешанное, двойное векторное произведение векторов; 2. определять ранг тензора; 3. вычислять производную вектор - функции скалярного аргумента; 4. проводить суммирование с -символом Кронекера; 5. дифференцировать тензорные поля по координате; 6. записывать основные операции векторного дифференцирования в тензорном виде; 7. записывать векторные выражения в тензорном виде; 8. вычислять производную от скалярных полей по направлению; 9. вычислять градиент скалярных полей; 10. вычислять дивергенцию векторных полей; 11. вычислять ротор векторных полей.
Владеть: 1. методами вычисления скалярного, векторного, смешанного, двойного векторного произведения векторов; 2. методами дифференцирования тензорных полей по координатам радиус-вектора.
Компетенция ПК-2 (способность применять на практике базовые профессиональные навыки)
в результате освоения дисциплины «Векторный и тензорный анализ» обучающийся должен:
Знать: 1. понятие симметричного и антисимметричного тензора. 2. понятие псевдотензора Леви-Чивиты; 3. понятие оператора Гамильтона (); 4. криволинейные системы координат (цилиндрическую, сферическую); 5. запись основных дифференциальных операций первого и второго порядка в криволинейных системах координат; 6. понятие абстрактных групп, аксиомы теории групп.
Уметь: 1. применять индексные формы записи к решению прикладных задач (решение простейших задач электродинамики, теоретической механики и механики сплошных сред); 2. записывать основные операции векторного дифференцирования в векторном виде с оператором . 3. вычислять градиент скалярных функций, дивергенцию, ротор векторного поля в криволинейных (цилиндрической, сферической) системах координат; 4. осуществлять выбор системы координат с учетом симметрии задачи. 5. определять пространственные элементы симметрии, записывать их в матричной форме.
Владеть 1. навыками работы с тензорами; 2. навыками вычисления дифференциальных операторов в декартовой системе координат. 3. методами вычисления дифференциальных операторов в криволинейных системах координат. 4. навыками вычисления дифференциальных операторов в криволинейных системах координат. 5. способами умножения операций симметрии.
4. Структура и содержание дисциплины «Векторный и тензорный анализ»
Общая трудоемкость дисциплины составляет 2 зачетные единицы 72 часа. 4.1. Объём дисциплины и виды учебной работы (в часах) 4.1.1. Объём и виды учебной работы (в часах) по дисциплине в целом
Вид учебной работы
Всего часов
Общая трудоемкость базового модуля дисциплины
72
Аудиторные занятия (всего)
36
В том числе:
Лекции
18
Семинары
18
Самостоятельная работа
36
В том числе:
реферат
Индивидуальная работа
36
Вид промежуточного контроля
Вид итогового контроля зачёт
Зачёт
4.1.2. Разделы базового обязательного модуля дисциплины и трудоемкость по видам занятий (в часах)
№
п/п
Раздел
Дисциплины
Семестр
Неделя семестра
Общая трудоёмкость (часах)
Виды учебной работы, включая самостоятельную работу студентов и трудоемкость (в часах)
Формы текущего контроля успеваемости (по неделям семестра)
Форма промежуточной аттестации (по семестрам)
Учебная работа
В.т.ч.
активных форм
Самостоятельная работа
всего
лекции
Практ.
1.
Элементы векторной алгебры
2
1
6
2
2
1
2
Лекционный диктант, проверочная работа.
2.
Тензорная алгебра
2
2-3
16
4
6
3
6
Лекционный диктант, проверочная работа.
3.
Векторный анализ - основные определения
2
4
4
2
2
Лекционный диктант.
4.
Интегральные теоремы векторного анализа, дифференциальные характеристики векторных полей
2
5
8
2
2
1
4
Лекционный диктант, проверочная работа.
5.
Основные операции векторного дифференцирования
2
6
15
2
6
1
7
Лекционный диктант, проверочная работа.
6.
Формулы Грина и основная теорема векторного анализа