Stochastische Prozesse in der Physik Sommersemester 2015

Ähnliche Dokumente
Theoretische Physik VI (Vertiefung) Nichtlineare Dynamik und Kontrolle

Was heißt Denken?: Vorlesung Wintersemester 1951/52. [Was bedeutet das alles?] (Reclams Universal-Bibliothek) (German Edition)

PONS DIE DREI??? FRAGEZEICHEN, ARCTIC ADVENTURE: ENGLISCH LERNEN MIT JUSTUS, PETER UND BOB

Handbuch der therapeutischen Seelsorge: Die Seelsorge-Praxis / Gesprächsführung in der Seelsorge (German Edition)

Fußballtraining für jeden Tag: Die 365 besten Übungen (German Edition)

Wer bin ich - und wenn ja wie viele?: Eine philosophische Reise. Click here if your download doesn"t start automatically

Mercedes OM 636: Handbuch und Ersatzteilkatalog (German Edition)

Big Data Analytics. Fifth Munich Data Protection Day, March 23, Dr. Stefan Krätschmer, Data Privacy Officer, Europe, IBM

Jägersprache, Wildkunde und Begriffe aus der Jagd: Schwerpunkt Jägerprüfung Rotwild, Rehwild, Gamswild, Steinwild, Muffelwild (German Edition)

Ein Stern in dunkler Nacht Die schoensten Weihnachtsgeschichten. Click here if your download doesn"t start automatically

Reparaturen kompakt - Küche + Bad: Waschbecken, Fliesen, Spüle, Armaturen, Dunstabzugshaube... (German Edition)

Geistes-, Natur-, Sozial- und Technikwissenschaften gemeinsam unter einem Dach. Programmes for refugees at Bielefeld University

Willy Pastor. Click here if your download doesn"t start automatically

Final Exam. Friday June 4, 2008, 12:30, Magnus-HS

Lehrveranstaltungen im Wintersemester 2012/2013

Aus FanLiebe zu Tokio Hotel: von Fans fã¼r Fans und ihre Band

Die einfachste Diät der Welt: Das Plus-Minus- Prinzip (GU Reihe Einzeltitel)

Wie man heute die Liebe fürs Leben findet

Die "Badstuben" im Fuggerhaus zu Augsburg

Web-Apps mit jquery Mobile: Mobile Multiplattform-Entwicklung mit HTML5 und JavaScript (German Edition)

Privatverkauf von Immobilien - Erfolgreich ohne Makler (German Edition)

Mitglied der Leibniz-Gemeinschaft

Funktion der Mindestreserve im Bezug auf die Schlüsselzinssätze der EZB (German Edition)

MSc Mathematical Finance and Actuarial Science

Killy Literaturlexikon: Autoren Und Werke Des Deutschsprachigen Kulturraumes 2., Vollstandig Uberarbeitete Auflage (German Edition)

Die gesunde Schilddrüse: Was Sie unbedingt wissen sollten über Gewichtsprobleme, Depressionen, Haarausfall und andere Beschwerden (German Edition)

Die UN-Kinderrechtskonvention. Darstellung der Bedeutung (German Edition)

Bayesian Networks. Syntax Semantics Parametrized Distributions Inference in Bayesian Networks. Exact Inference. Approximate Inference

Die Bedeutung neurowissenschaftlicher Erkenntnisse für die Werbung (German Edition)

Im Fluss der Zeit: Gedanken beim Älterwerden (HERDER spektrum) (German Edition)

Mathematik für Wirtschaftswissenschaftler: Basiswissen mit Praxisbezug (Pearson Studium - Economic BWL) (German Edition)

Max und Moritz: Eine Bubengeschichte in Sieben Streichen (German Edition)

Nürnberg und der Christkindlesmarkt: Ein erlebnisreicher Tag in Nürnberg (German Edition)

Die neuen Studiengänge der Physik

Msc. Courses at the IST

Körpersprache im Beruf für Dummies (German Edition)

C++ kurz & gut (German Edition)

Der ischämische Schlaganfall: Eine praxisorientierte Darstellung von Pathophysiologie, Diagnostik und Therapie (Klinische Neurologie) (German Edition)

Ethical Banking Professional Biography and Distancing in Banking and Finance

42 Zitate großer Philosophen: Über das Leben, das Universum und den ganzen Rest (German Edition)

Konkret - der Ratgeber: Die besten Tipps zu Internet, Handy und Co. (German Edition)

Pensionskasse: Vorsorge, Finanzierung, Sicherheit, Leistung (German Edition)

Level 1 German, 2014

Benjamin Whorf, Die Sumerer Und Der Einfluss Der Sprache Auf Das Denken (Philippika) (German Edition)

Schöpfung als Thema des Religionsunterrichts in der Sekundarstufe II (German Edition)

Zurich Open Repository and Archive. Anatomie von Kommunikationsrollen. Methoden zur Identifizierung von Akteursrollen in gerichteten Netzwerken

Aus FanLiebe zu Tokio Hotel: von Fans fã¼r Fans und ihre Band

Ausführliche Unterrichtsvorbereitung: Der tropische Regenwald und seine Bedeutung als wichtiger Natur- und Lebensraum (German Edition)

"Die Brücke" von Franz Kafka. Eine Interpretation (German Edition)

Die Klausur im Mittelalter - Geschichte, Bedeutung, Leben und Arbeiten (German Edition)

J RG IMMENDORFF STANDORT F R KRITIK MALEREI UND INSPIRATION ERSCHEINT ZUR AUSSTELLUNG IM MUSEUM LU

Star Trek: die Serien, die Filme, die Darsteller: Interessante Infod, zusammengestellt aus Wikipedia-Seiten (German Edition)

Klassische Themen der Computerwissenschaft

Kursbuch Naturheilverfahren: Curriculum der Weiterbildung zur Erlangung der Zusatzbezeichnung Naturheilverfahren (German Edition)

Geschichte der Philosophie im Überblick: Band 3: Neuzeit (German Edition)

Willy Pastor. Click here if your download doesn"t start automatically

Unternehmensweite IT Architekturen

Number of Maximal Partial Clones

Geometry Of Algebraic Curves: Volume II With A Contribution By Joseph Daniel Harris (Grundlehren Der Mathematischen Wissenschaften) By Maurizio

Killy Literaturlexikon: Autoren Und Werke Des Deutschsprachigen Kulturraumes 2., Vollstandig Uberarbeitete Auflage (German Edition)

Kurze Geschichten fuer Kinder und auch fuer Solche, welche die Kinder lieb haben (German Edition)

Juice: Entgiften, Entspannen und Kräfte sammeln Saft- und Smoothie-Rezepte (German Edition)

Was Sie schon immer über Teneriffa wissen wollten: Erklärungen & Wissenswertes, Tipps & Highlights (German Edition)

Analyse und Interpretation der Kurzgeschichte "Die Tochter" von Peter Bichsel mit Unterrichtsentwurf für eine 10. Klassenstufe (German Edition)

Methoden der empirischen Kommunikationsforschung: Eine Einführung (Studienbücher zur Kommunikations- und Medienwissenschaft) (German Edition)

Methoden der empirischen Kommunikationsforschung: Eine Einführung (Studienbücher zur Kommunikations- und Medienwissenschaft) (German Edition)

Social Innovation and Transition

Flow - der Weg zum Glück: Der Entdecker des Flow-Prinzips erklärt seine Lebensphilosophie (HERDER spektrum) (German Edition)

ZWISCHEN TRADITION UND REBELLION - FRAUENBILDER IM AKTUELLEN BOLLYWOODFILM (GERMAN EDITION) BY CHRISTINE STöCKEL

Tschernobyl: Auswirkungen des Reaktorunfalls auf die Bundesrepublik Deutschland und die DDR (German Edition)

Lies doch mal! 2: 50 wichtige Jugendbücher (German Edition)

Englisch-Grundwortschatz

LiLi. physik multimedial. Links to e-learning content for physics, a database of distributed sources

Microsoft Outlook Das Handbuch (German Edition)

Die Erlebnisgesellschaft von Gerhard Schulze und das Sinus-Milieu-Modell: Eine vergleichende Betrachtung (German Edition)

Sterben - der Höhepunkt des Lebens: Eine medizinisch-biblische Betrachtung (German Edition)

Volksgenossinnen: Frauen in der NS- Volksgemeinschaft (Beiträge zur Geschichte des Nationalsozialismus) (German Edition)

Der große Basar: Roman (Erzählungen aus Arlens Welt 1) (German Edition)

Materialien zu unseren Lehrwerken

Anjuli Aishani: Im Reich der schwarzen Engel (German Edition)

DYNAMISCHE GEOMETRIE

Magic Figures. We note that in the example magic square the numbers 1 9 are used. All three rows (columns) have equal sum, called the magic number.

Der Topos Mütterlichkeit am Beispiel Bertolt Brechts "Der kaukasische Kreidekreis" und "Mutter Courage und ihre Kinder" (German Edition)

Kreuzfahrt Madeira und Kanaren: Der praktische Reifeführer für Ihren Inseltrip (Inseltrip by arp) (German Edition)

LEBEN OHNE REUE: 52 IMPULSE, DIE UNS DARAN ERINNERN, WAS WIRKLICH WICHTIG IST (GERMAN EDITION) BY BRONNIE WARE

VIRGINIA CODE 159. Interkulturelle und landeskundliche Aspekte. Schreibmaterial

EINFACH REINE HAUT: DAS BUCH GEGEN PICKEL, AKNE UND UNREINE HAUT (EINFACH... 1) (GERMAN EDITION) BY MOIN YAMINA

Kindesmisshandlung: Psychische und körperliche Folgen im Erwachsenenalter (German Edition)

Martin Luther. Click here if your download doesn"t start automatically

DAS ERSTE MAL UND IMMER WIEDER. ERWEITERTE SONDERAUSGABE BY LISA MOOS

Klimahysterie - was ist dran?: Der neue Nairobi- Report über Klimawandel, Klimaschwindel und Klimawahn (German Edition)

Duell auf offener Straße: Wenn sich Hunde an der Leine aggressiv verhalten (Cadmos Hundebuch) (German Edition)

Level 2 German, 2016

Analyse und Interpretation der Kurzgeschichte "Die Tochter" von Peter Bichsel mit Unterrichtsentwurf für eine 10. Klassenstufe (German Edition)

Wolfgang Stegmüller. Philosophical Roots of the Institute of Statistics. Workshop on History of Statistics. By Almond Stöcker

Warum nehme ich nicht ab?: Die 100 größten Irrtümer über Essen, Schlanksein und Diäten - Der Bestseller jetzt neu!

SOKO Ponyhof - Erster Roman: Gefahr in den Ferien (German Edition)

STRATEGISCHES BETEILIGUNGSCONTROLLING BEI KOMMUNALEN UNTERNEHMEN DER FFENTLICHE ZWECK ALS RICHTSCHNUR FR EIN ZIELGERICHTETE

PONS DIE DREI??? FRAGEZEICHEN, ARCTIC ADVENTURE: ENGLISCH LERNEN MIT JUSTUS, PETER UND BOB

Technische Universität Kaiserslautern Lehrstuhl für Virtuelle Produktentwicklung

Transkript:

Stochastische Prozesse in der Physik Sommersemester 2015 Priv.-Doz. Dr. Reinhard Mahnke Institut für Physik Lehrveranstaltung Nr. 12637 (2 SWS V + 2 SWS Ü) im Rahmen des Studiengangs Bachelor in Physik und des Studiengang Lehramts an Gymnasien in Physik V: Dienstag 7.15 bis 8.45 Uhr, Konferenzraum Wismarsche Str. 44 Ü: Freitag 7.30 bis 9.00 Uhr, Konferenzraum Wismarsche Str. 44 Übungsleiter: MSc. Sebastian Rosmej Physics of Stochastic Processes In addition, everyone (studying in first or second cycle) from other faculties of Rostock University or from abroard who likes to learn model-driven approaches rather than purely statistical ones is welcome. Die Lehrveranstaltung begann mit der ersten Vorlesung am Dienstag, d. 07.04.2015 um 15.15 Uhr im Großen Hörsaal Physik am Universitätsplatz 3. 1

The Importance of Being Noisy Stochasticity in Science Why stochastic tools? When you asked alumni graduated from European universities moving into nonacademic jobs in society and industry what they actually need in their business, you found that most of them did stochastic things like time series analysis, data processing etc., but that had never appeared in detail in university courses. Aim The general aim is to provide stochastic tools for understanding of random events in many beautiful applications of different disciplines ranging from econophysics up to sociology which can be used multidisciplinary. State of the art General problem under consideration is the theoretical modeling of complex systems, i. e. many particle systems with nondeterministic behavior. In contrast to established classical deterministic approach based on trajectories we develop and investigate probabilistic dynamics by stochastic tools such as stochastic differential equation, Fokker Planck and master equation to get probability density distribution. The stochastic apparatus provides more understandable and exact background for describing complex systems. The idea goes back to Einstein s work on Brownian motion in 1905 which explains diffusion process as fluctuation problem by Gaussian law as a special case of Fokker Planck equation. 2

Textbooks PHYSICS TEXTBOOK R. Mahnke, J. Kaupužs, and I. Lubashevsky Physics of Stochastic Processes How Randomness Acts in Time Fig. 1: R. Mahnke, J. Kaupužs and I. Lubashevsky: Physics of Stochastic Processes, Wiley-VCH, Weinheim, 2009. Literatur: H. Risken: The Fokker-Planck Equation, Springer, 1984 W. Paul, J. Baschnagel: Stochastic Processes, Springer, 1999 C. W. Gardiner: Handbook of Stochastic Methods, Springer, 2004 V. S. Anishchenko et. al: Nonlinear Dynamics of Chaotic and Stochastic Systems, Springer, 2007 M. Ullah, O. Wolkenhauer: Stochastic Approaches for Systems Biology, Springer, 2011 T. Tome, M. J. de Oliveira: Stochastic Dynamics and Irreversibility, Springer, 2015 3

Fig. 2: R. Mahnke: Nichtlineare Physik in Aufgaben, Teubner Studienbücher, Stuttgart, 1994. Literatur: Henry D. I. Abarbanel et. al: Introduction to Nonlinear Dynamics for Physicists, World Scientific, Singapore, 1993 F. Verhulst: Nonlinear Differential Equations and Dynamical Systems, Springer, Berlin, 1990 H. G. Schuster: Deterministic Chaos, VCH, Weinheim, 1989 4

Inhaltsverzeichnis 1 Einführung (0. Vorlesung 07.04.2015) 7 2 Master Gleichung 8 2.1 Eindimensionale diskrete Master-Gleichung I (1. Vorlesung 14.04.2015)..................... 8 2.2 Eindimensionale diskrete Master-Gleichung II (2. Vorlesung 21.04.2015)..................... 8 2.3 Das 2-Niveau-System (2. Übung 17.04.2015).......... 8 2.4 Einschritt-Master-Gleichung I (3. Vorlesung 28.04.2015)..................... 8 2.5 Einschritt-Master-Gleichung II (4. Vorlesung 05.05.2015)..................... 9 2.6 Insolvenzvorhersage in einem 3-Niveau-System (3. Übung 08.05.2015)...................... 9 2.7 Zeitdiskrete Markov Prozesse (5. Vorlesung 12.05.2015)..................... 9 3 Fokker-Planck Gleichung 10 3.1 Eindimensionale Fokker-Planck Gleichung (6. Vorlesung 29.05.2015)..................... 10 3.2 Lösung der Fokker-Planck Gleichung (7. Vorlesung 02.06.2015)..................... 10 3.3 Schrödingerartige Fokker-Planck Gleichung (8. Vorlesung 09.06.2015)..................... 10 4 Langevin Gleichung 11 4.1 Brownsche Bewegung im Geschwindigkeitsraum I (9. Vorlesung 16.06.2015)..................... 11 5

4.2 Brownsche Bewegung im Geschwindigkeitsraum II (10. Vorlesung 23.06.2015).................... 11 4.3 Geometrische Brownsche Bewegung (Aktienkusdynamik) I (11. Vorlesung 30.06.2015).................... 11 4.4 Geometrische Brownsche Bewegung (Aktienkusdynamik) II (12. Vorlesung 07.07.2015).................... 11 4.5 Stochastische Integration (13. Vorlesung 14.07.2015).................... 11 5 Nichtlineare dynamische Systeme 12 5.1 Das mathematische Pendel (1. Übung 09.04.2015)....... 12 5.2 Die logistische Abbildung (4. Übung 19.05.2015)........ 12 6

1 Einführung (0. Vorlesung 07.04.2015) Grundgleichungen der Physik stochastischer Prozesse sind Master-Gleichung Fokker-Planck-Gleichung Langevin-Gleichung 7

2 Master Gleichung 2.1 Eindimensionale diskrete Master-Gleichung I (1. Vorlesung 14.04.2015) Master-Gleichung: dp (n, t) dt = n n {w(n, n )P (n, t) w(n, n)p (n, t)} (1) mit Übergangsraten w(n, n) 0 von n zu n n. Anfangsbedingung P (n, t = 0) für (n = 1, 2,..., N) und Randbedingungen bei n = 1 und n = N. 2.2 Eindimensionale diskrete Master-Gleichung II (2. Vorlesung 21.04.2015) Definiere Evolutionsmatrix W, definiere Wahrscheinlichkeitsvektor P (t), somit folgt die Master Gleichung in Vektor-Matrix-Schreibweise inklusive Anfangsbedingung dp (t) dt = W P (t) ; P (t = 0) = P (0). (2) Stationäre Lösung ist Langzeitlösung 2.3 Das 2-Niveau-System (2. Übung 17.04.2015) 2.4 Einschritt-Master-Gleichung I (3. Vorlesung 28.04.2015) Wegen n = n ± 1 lautet die Einschritt-Master-Gleichung: dp (n, t) dt = w(n, n 1)P (n 1, t) + w(n, n + 1)P (n + 1, t) (3) [w(n 1, n) + w(n + 1, n)] P (n, t) (4) 8

mit Übergangsraten w(n + 1, n) = w + (n) von n zu n + 1 und w(n 1, n) = w (n) von n zu n 1. Anfangsbedingung P (n, t = 0) für (n = 1, 2,..., N) und Randbedingungen bei n = 0 (z. B. absorbierend) und n = N (z. B. reflektierend). 2.5 Einschritt-Master-Gleichung II (4. Vorlesung 05.05.2015) 2.6 Insolvenzvorhersage in einem 3-Niveau-System (3. Übung 08.05.2015) 2.7 Zeitdiskrete Markov Prozesse (5. Vorlesung 12.05.2015) 9

3 Fokker-Planck Gleichung 3.1 Eindimensionale Fokker-Planck Gleichung (6. Vorlesung 29.05.2015) 3.2 Lösung der Fokker-Planck Gleichung (7. Vorlesung 02.06.2015) 3.3 Schrödingerartige Fokker-Planck Gleichung (8. Vorlesung 09.06.2015) 10

4 Langevin Gleichung 4.1 Brownsche Bewegung im Geschwindigkeitsraum I (9. Vorlesung 16.06.2015) 4.2 Brownsche Bewegung im Geschwindigkeitsraum II (10. Vorlesung 23.06.2015) 4.3 Geometrische Brownsche Bewegung (Aktienkusdynamik) I (11. Vorlesung 30.06.2015) 4.4 Geometrische Brownsche Bewegung (Aktienkusdynamik) II (12. Vorlesung 07.07.2015) 4.5 Stochastische Integration (13. Vorlesung 14.07.2015) 11

5 Nichtlineare dynamische Systeme 5.1 Das mathematische Pendel (1. Übung 09.04.2015) 5.2 Die logistische Abbildung (4. Übung 19.05.2015) 12