TERMODYNAMIKA I FIZYKA STATYSTYCZNA

Podobne dokumenty
TERMODYNAMIKA I FIZYKA STATYSTYCZNA

Fizyka statystyczna, elementy termodynamiki nierównowagowej Cele, zakres zagadnień

Wykład 2. Przykład zastosowania teorii prawdopodobieństwa: procesy stochastyczne (Markova)

Ważne rozkłady i twierdzenia

Wstęp do rachunku prawdopodobieństwa. Cz. 1 / William Feller. wyd. 6, dodr. 4. Warszawa, Spis treści

Procesy stochastyczne WYKŁAD 2-3. Łańcuchy Markowa. Łańcuchy Markowa to procesy "bez pamięci" w których czas i stany są zbiorami dyskretnymi.

Rachunek prawdopodobieństwa

12. Przynależność do grupy przedmiotów: Blok przedmiotów matematycznych

KARTA PRZEDMIOTU. Forma prowadzenia zajęć. Odniesienie do efektów dla kierunku studiów K1A_W02

Procesy stochastyczne WYKŁAD 2-3. Łańcuchy Markowa. Łańcuchy Markowa to procesy "bez pamięci" w których czas i stany są zbiorami dyskretnymi.

12. Przynależność do grupy przedmiotów: Blok przedmiotów matematycznych

Rachunek prawdopodobieństwa Rozdział 2. Aksjomatyczne ujęcie prawdopodobieństwa

KARTA PRZEDMIOTU. 12. Przynależność do grupy przedmiotów: Prawdopodobieństwo i statystyka

Pojęcie szeregu nieskończonego:zastosowania do rachunku prawdopodobieństwa wykład 1

STATYSTYKA MATEMATYCZNA. rachunek prawdopodobieństwa

Prawa wielkich liczb, centralne twierdzenia graniczne

Rozdział 1. Zmienne losowe, ich rozkłady i charakterystyki. 1.1 Definicja zmiennej losowej

Wykład 8 i 9. Hipoteza ergodyczna, rozkład mikrokanoniczny, wzór Boltzmanna

Statystyka matematyczna

studia stacjonarne w/ćw zajęcia zorganizowane: 30/15 3,0 praca własna studenta: 55 Godziny kontaktowe z nauczycielem akademickim: udział w wykładach

Podstawy metod probabilistycznych. dr Adam Kiersztyn

Statystyka matematyczna dla leśników

Zakładamy, że są niezależnymi zmiennymi podlegającymi (dowolnemu) rozkładowi o skończonej wartości oczekiwanej i wariancji.

Matematyka. Wzornictwo Przemysłowe I stopień ogólno akademicki studia stacjonarne wszystkie specjalności Katedra Matematyki dr Monika Skóra

Wstęp do rachunku prawdopodobieństwa. Cz. 2 / William Feller. wyd. 4, dodr. 3. Warszawa, Spis treści

Ważne rozkłady i twierdzenia c.d.

Informatyka I stopień (I stopień / II stopień) ogólno akademicki (ogólno akademicki / praktyczny) podstawowy (podstawowy / kierunkowy / inny HES)

Spis treści 3 SPIS TREŚCI

Elementy rachunku prawdopodobieństwa (M. Skośkiewicz, A. Siejka, K. Walczak, A. Szpakowska)

ZAGADNIENIA DO EGZAMINU MAGISTERSKIEGO

Fizyka statystyczna Zarys problematyki Kilka słów o rachunku prawdopodobieństwa. P. F. Góra

Wstęp. Kurs w skrócie

Robocze notatki z metod kombinatorycznych w fizyce

Zmienna losowa i jej rozkład Dystrybuanta zmiennej losowej Wartość oczekiwana zmiennej losowej

(C. Gauss, P. Laplace, Bernoulli, R. Fisher, J. Spława-Neyman) Wikipedia 2008

WYDZIAŁ BUDOWNICTWA LĄDOWEGO I WODNEGO

WYMAGANIA WSTĘPNE W ZAKRESIE WIEDZY, UMIEJĘTNOŚCI I INNYCHY KOMPETENCJI EFEKTY KSZTAŁCENIA

Rozkłady: Kanoniczny, Wielki Kanoniczny, Izobaryczno-Izotermiczny

Rozkłady statystyk z próby

Procesy stochastyczne

SYLABUS DOTYCZY CYKLU KSZTAŁCENIA (skrajne daty)

Metody probabilistyczne

Statystyka i eksploracja danych

Prawdopodobieństwo i statystyka

Statystyka Astronomiczna

Procesy stochastyczne

Spacery losowe generowanie realizacji procesu losowego

Statystyka i opracowanie danych Podstawy wnioskowania statystycznego. Prawo wielkich liczb. Centralne twierdzenie graniczne. Estymacja i estymatory

Wykład 11: Podstawowe pojęcia rachunku prawdopodobieństwa

Recenzenci: prof. dr hab. Henryk Domański dr hab. Jarosław Górniak

Wykład 12: Warunkowa wartość oczekiwana. Rozkłady warunkowe. Mieszanina rozkładów.

Podstawy nauk przyrodniczych Matematyka

PODYPLOMOWE STUDIA ZAAWANSOWANE METODY ANALIZY DANYCH I DATA MINING W BIZNESIE

Spis treści. Rozdział I. Wstęp do matematyki Rozdział II. Ciągi i szeregi... 44

Rachunek prawdopodobieństwa Rozdział 5. Rozkłady łączne

Wykład 13. Podstawowe pojęcia rachunku prawdopodobieństwa

Statystyka matematyczna

Recenzenci: prof. dr hab. Henryk Domański dr hab. Jarosław Górniak

WYKŁAD 2. Zdarzenia losowe i prawdopodobieństwo Zmienna losowa i jej rozkłady

AKADEMIA GÓRNICZO-HUTNICZA Wydział Matematyki Stosowanej ROZKŁAD NORMALNY ROZKŁAD GAUSSA

Rachunku prawdopodobieństwa: rys historyczny, aksjomatyka, prawdopodobieństwo warunkowe,

Wykład 1 Zmienne losowe, statystyki próbkowe - powtórzenie materiału

3. Podstawowe pojęcia statystyki matematycznej i rachunku prawdopodobieństwa wykład z Populacja i próba

Rachunek Prawdopodobieństwa Anna Janicka

Spis treści. Przedmowa... XI. Rozdział 1. Pomiar: jednostki miar Rozdział 2. Pomiar: liczby i obliczenia liczbowe... 16

Szeregi liczbowe. Analiza Matematyczna. Alexander Denisjuk

Zadania o numerze 4 z zestawów licencjat 2014.

Wykład 12. Rozkład wielki kanoniczny i statystyki kwantowe

Statystyka i eksploracja danych

Metody probabilistyczne

Wykład 4, 5 i 6. Elementy rachunku prawdopodobieństwa i kombinatoryki w fizyce statystycznej

Statystyka Opisowa z Demografią oraz Biostatystyka. Zmienne losowe. Aleksander Denisiuk. denisjuk@euh-e.edu.pl

6.4 Podstawowe metody statystyczne

Statystyka matematyczna

Lista zadania nr 7 Metody probabilistyczne i statystyka studia I stopnia informatyka (rok 2) Wydziału Ekonomiczno-Informatycznego Filia UwB w Wilnie

Wykład Centralne twierdzenie graniczne. Statystyka matematyczna: Estymacja parametrów rozkładu

wtorek, 13 marca 2012 Wykład 2012 Ewa Gudowska-Nowak, IFUJ, 441a

1 Wersja testu A 18 września 2014 r.

Co ma piekarz do matematyki?

WYKŁAD 15. Gęstość stanów Zastosowanie: oscylatory kwantowe (ª bosony bezmasowe) Formalizm dla nieoddziaływujących cząstek Bosego lub Fermiego

STATYSTYKA wykład 1. Wanda Olech. Katedra Genetyki i Ogólnej Hodowli Zwierząt

Ćwiczenia 7 - Zmienna losowa i jej rozkład. Parametry rozkładu.

Statystyka matematyczna

Układy statystyczne. Jacek Jurkowski, Fizyka Statystyczna. Instytut Fizyki

Opis przedmiotu: Probabilistyka I

Ważną rolę odgrywają tzw. funkcje harmoniczne. Przyjmujemy następującą definicję. u = 0, (6.1) jest operatorem Laplace a. (x,y)

Wykład 3 Jednowymiarowe zmienne losowe

Wykład z analizy danych: powtórzenie zagadnień z rachunku prawdopodobieństwa

Metody probabilistyczne opracowane notatki 1. Zdefiniuj zmienną losową, rozkład prawdopodobieństwa. Przy jakich założeniach funkcje: F(x) = sin(x),

Przykład 1 W przypadku jednokrotnego rzutu kostką przestrzeń zdarzeń elementarnych

Mechanika kwantowa Schrödingera

Wykład 2 Zmienne losowe i ich rozkłady

II WYKŁAD STATYSTYKA. 12/03/2014 B8 sala 0.10B Godz. 15:15

WYKŁADY Z RACHUNKU PRAWDOPODOBIEŃSTWA I wykład 2 i 3 Zmienna losowa

Literatura. Leitner R., Zacharski J., Zarys matematyki wyŝszej dla studentów, cz. III.

Wnioskowanie bayesowskie

12DRAP - parametry rozkładów wielowymiarowych

Statystyka matematyczna i ekonometria

Wymagania egzaminacyjne z matematyki. Klasa 3C. MATeMATyka. Nowa Era. Klasa 3

Transkrypt:

TERMODYNAMIKA I FIZYKA STATYSTYCZNA Lech Longa pok. D.2.49, II piętro, sektor D Zakład Fizyki Statystycznej e-mail: lech.longa@uj.edu.pl Dyżury: poniedziałki 13-14 można się umówić wysyłając e-maila 1

Czym się zajmuje Termodynamika oraz Fizyka Statystyczna 2

LITERATURA 2 1. Kopia wykładów ( http://th-www.if.uj.edu.pl/zfs/wp/?page_id=619 ) 2. K. Zalewski, Wykłady z termodynamiki fenomenologicznej i fizyki statystycznej. 3. J. Werle, Termodynamika Fenomenologiczna. 4. A. I. Anselm, Podstawy fizyki statystycznej i termodynamiki. 5. Kerson Huang, Mechanika Statystyczna. (4) 6. M. Toda, R. Kubo, N. Saitô Statistical Physics I, Statistical Physics II. 7. D.J. Amit and Y. Verbin, Statistical Physics, An Introductory Course 8. J. D. Walecka, Introduction to Statistical Mechanics Lech Longa Termodynamika i Fizyka Statystyczna 3

Cel wykładów: 3 Omówienie podstaw termodynamiki fenomenologicznej: postulatów będących uogólnieniem obserwacji empirycznych, a znanych jako zasady termodynamiki. I i II zasada jako podstawowe postulaty. 0 i III-cia zasada mają charakter techniczny (np. 0-wa zasada wynika z II). Tutaj ze względów dydaktycznych każda z zasad (od 0-wej do III) i ich konsekwencje będą omówione niezależnie. Lech Longa Termodynamika i Fizyka Statystyczna 4

Cel wykładów: 4 Omówienie podstaw fizyki statystycznej: pojęcie entropii Boltzmana oraz temperatury absolutnej; rozkłady używane w fizyce statystycznej, ich pochodzenie i własności; zastosowania do konkretnych układów kwantowych oraz klasycznych. Wstęp do teorii informacji (entropia informacyjna i jej własności). Hipoteza ergodyczna. Elementy termodynamiki nierównowagowej (produkcja entropii, relacje Onsagera). Lech Longa Termodynamika i Fizyka Statystyczna 5

Wykład 1 Elementy teorii rachunku prawdopodobieństwa Plan: 1. Definicja aksjomatyczna i `praktyczna` 2. Prawdopodobieństwo warunkowe i twierdzenie Bayesa 3. Funkcje rozkładu; rozkład Gaussa 4. Funkcje charakterystyczne; rozwinięcie kumulantów 5. Centralne twierdzenie graniczne. Lech Longa Termodynamika i Fizyka Statystyczna 6

Elementy teorii prawdopodobieństwa Lech Longa Termodynamika i Fizyka Statystyczna 7

Definicja aksjomatyczna prawdopodobieństwa B A Ω 8

Ω A A 9

Praktyczna `definicja`: Zliczamy próby n(a) przy których zaszło zdarzenie A i dzielimy przez całkowitą liczbę wszystkich prób; Obowiązuje tutaj prawo wielkich liczb mówiące, że: PP nn(aa,nn) lim = PP(AA) = 1 NN NN 10

Prawdopodobieństwo warunkowe Ω B A Bardzo ważne pojęcie przy badaniu procesów stochastycznych; (będzie odgrywać rolę lokalnych prawdopodobieństw przejść) Lech Longa Termodynamika i Fizyka Statystyczna 11

Niezależność statystyczna Przykład: rzucanie uczciwą kostką = P(B), gdy B nie zależy od A Lech Longa Termodynamika i Fizyka Statystyczna 12

Ważne przy analizie tw. Bayesa B A 1 A 6 A 5 A 4 Ω A 2 A 3 Lech Longa Termodynamika i Fizyka Statystyczna 13

Twierdzenie Bayesa B A 1 A 6 A 5 A 4 Ω A 2 A 3 Twierdzenie Bayesa ma bezpośrednie zastosowanie przy analizie procesów stochastycznych; Równanie Master (które będziemy omawiać) jest szczególnym przypadkiem tego twierdzenia Lech Longa Termodynamika i Fizyka Statystyczna 14

Perkolacja Lech Longa Termodynamika i Fizyka Statystyczna 15

(podstawowy model agregacji: `EDEN model`) Ewolucja klastra odbiega kształtem od koła; brzeg ewoluującego obszaru jest nieregularny 16

Funkcje Rozkładu: Lech Longa Termodynamika i Fizyka Statystyczna 17

UWAGA: podany przepis zawiera w sobie przypadek dyskretny; np. jeśli Lech Longa Termodynamika i Fizyka Statystyczna 18

( ) 19

Momenty rozkładu: < x > : pozycja ' środkamasy'rozkładu <x> 20

... Nomenklatura:a Rozkłady zawężone(brzegowe): ρρ xx = ρρ xx, yy dddd 21

22

Funkcja charakterystyczna rozkładu Transformata Fouriera (bądź Laplaca) f-cji rozkładu Ma sens tylko wtedy, gdy szereg jest zbieżny; momenty wyższe niż pierwszy mogą nieistnieć a mimo to f(k) będzie istnieć Przykład (rozkład Caychy ego znany także jako r. Breita-Wignera) 23

Własności f-cji charakterystycznej: W praktyce wielokrotnie znamy f(k) analitycznie, natomiast nie znamy rozkładu Trywialne uogólnienie na przyp. wielowymiarowy : jeśli istnieje 24

25

Rozwinięcie Kumulantów (bardzo ważny wzór w fizyce statystycznej, wykorzystywany do r. perturbacyjnych) - Problem: znaleźć algorytm generujący kolejne kumulanty 26

wyprowadzić 27

Rozkład sumy zmiennych losowych i Centralne Twierdzenie Graniczne: Często pojawiające się zagadnienie w fizyce statystycznej: < v 1 2 + v 2 2 +... + v N 2 > : średniaprędkość < H 1 + H 2 +... + H N > : średnia energia nieoddziaływujących cząstek Pod średnią mamy sumę niezależnych zmiennych losowych. Można zapytać jaki rozkład prawdopodobieństwa ma suma (jeśli znamy rozkład pojedynczej zmiennej losowej wchodzącej do sumy) 28

29

Rozkład Gaussa w granicy dużych N Dyspersja rozkładu zachowuje się jak: 30

Zamiast dowodu ilustracja jak duże musi być N w praktyce: 1 1 X ρρ YYNN yy = 31

N=2 : ścisły (z) : przybliżony (cz) 32

N=3 : ścisły (z) : przybliżony (cz) 33

Jak dobrze pracuje CTG? (programy dostępne na stronie kursu) 34

Materiał do samodzielnych studiów (ćwiczenia) 35

Zamiana zmiennych w rozkładach 1 dim Z = f(x) Związek między zmiennymi Losowymi X z Z ( tr. współrzędnych z =f(x) ) 36

zadanie : uogólnićformułę z deltą Diraca 37

PRZYKŁADY: 38

Przykłady na f-cje charakterystyczne (a) Rozkład Levy ego Jest to rozkład dla którego funkcja charakterystyczna ma postać: 39

(0,1) θ 40

Funkcja charakterystyczna wyprowadzić 41

Centralne twierdzenie Graniczne vs funkcje charakterystyczne 43

Dalsze wykorzystanie funkcji charakterystycznej f(k): (badanie rozkładu sumy niezależnych zmiennych losowych) 44

przykład: rozkład dwumienny: (modelem może być rzut monetą lub błądzenie przypadkowe) 45

46

47

Rozkłady stabilne (nieskończenie podzielne) 48

Są to ważne rozkłady w zastosowaniach, szczególnie w: Teorii procesów stochastycznych Teorii zjawisk krytycznych 49

Przykład: rozkład Gaussa Dla rozkładu Gaussa mamy więc znacznie ogólniejszą sytuację (pokazać) 50

I znowu podejście od strony funkcji charakterystycznych pozwala rozwiązać zagadnienie rozkładów stabilnych całkiem ogólnie: W.K.W. na to aby mieć r. stabilny: 51

Przykłady: (a) Rozkład Gaussa 52

Przykłady: (a) Rozkłady Levy ego 53

Dziękuję za uwagę 54