Bücher der Reihe La Matematica per il 3+2

This book aims at introducing students into the modern analytical foundations to treat problems and situations in the Calculus of Variations solidly and rigorously. Since no background is taken for granted or assumed, as the textbook pretends to be self-contained, areas like basic Functional Analysis and Sobolev spaces are studied to the point that chapters devoted to these topics can be utilized by themselves as an introduction to these important parts of Analysis. The material in this regard has been selected to serve the needs of classical variational problems, leaving broader treatments for more advanced and specialized courses in those areas. It should not be forgotten that problems in the Calculus of Variations historically played a crucial role in pushing Functional Analysis as a discipline on its own right. The style is intentionally didactic. After a first general chapter to place optimization problems in infinite-dimensional spaces in perspective, the first part of the book focuses on the initial important concepts in Functional Analysis and introduces Sobolev spaces in dimension one as a preliminary, simpler case (much in the same way as in the successful book of H. Brezis). Once the analytical framework is covered, one-dimensional variational problems are examined in detail including numerous examples and exercises. The second part dwells, again as a first-round, on another important chapter of Functional Analysis that students should be exposed to, and that eventually will find some applications in subsequent chapters. The first chapter of this part examines continuous operators and the important principles associated with mappings between functional spaces; and another one focuses on compact operators and their fundamental and remarkable properties for Analysis. Finally, the third part advances to multi-dimensional Sobolev spaces and the corresponding problems in the Calculus of Variations. In this setting, problems become much more involved and, for this same reason, much more interesting and appealing. In particular, the final chapter dives into a number of advanced topics, some of which reflect a personal taste. Other possibilities stressing other kinds of problems are possible. In summary, the text pretends to help students with their first exposure to the modern calculus of variations and the analytical foundation associated with it. In particular, it covers an extended introduction to basic functional analysis and to Sobolev spaces. The tone of the text and the set of proposed exercises will facilitate progressive understanding until the need for further challenges beyond the topics addressed here will push students to more advanced horizons.

This book provides an introduction to information theory, focussing on Shannon¿s three foundational theorems of 1948¿1949. Shannon¿s first two theorems, based on the notion of entropy in probability theory, specify the extent to which a message can be compressed for fast transmission and how to erase errors associated with poor transmission. The third theorem, using Fourier theory, ensures that a signal can be reconstructed from a sufficiently fine sampling of it. These three theorems constitute the roadmap of the book. The first chapter studies the entropy of a discrete random variable and related notions. The second chapter, on compression and error correcting, introduces the concept of coding, proves the existence of optimal codes and good codes (Shannon's first theorem), and shows how information can be transmitted in the presence of noise (Shannon's second theorem). The third chapter proves the sampling theorem (Shannon's third theorem) and looks at its connections with other results, such as the Poisson summation formula. Finally, there is a discussion of the uncertainty principle in information theory.Featuring a good supply of exercises (with solutions), and an introductory chapter covering the prerequisites, this text stems out lectures given to mathematics/computer science students at the beginning graduate level.

Il testo fornisce i fondamenti della meccanica dei continui tridimensionali, in particolare dell'elasticita lineare e del problema di de Saint-Venant. I temi affrontati includono l'analisi della deformazione, l'analisi della tensione, le equazioni dei lavori virtuali, le equazioni costitutive, il problema elastico, i criteri di resistenza e il problema di de Saint-Venant in tutti i suoi casi particolari. Sono anche esposti alcuni argomenti che difficilmente trovano spazio in un corso di Scienza delle Costruzioni. Il testo e strutturato in maniera tale che il lettore possa seguire un percorso in cui le sezioni dedicate ad argomenti complementari possano essere omesse senza pregiudicare la comprensione. Il materiale e presentato, per quanto possibile, in maniera rigorosa e deduttiva: alla brevita delle spiegazioni viene preferito lo studio dei particolari. L'esposizione e accompagnata da numerose figure ed esempi e da un cospicuo numero di esercizi svolti che aiutano nella comprensione della teoria.

This book presents in a compact form the program carried out in introductory statistics courses and discusses some essential topics for research activity, such as Monte Carlo simulation techniques, methods of statistical inference, best fit and analysis of laboratory data. All themes are developed starting from fundamentals, highlighting their applicative aspects, up to the detailed description of several cases particularly relevant for technical and scientific research. The text is dedicated to university students in scientific fields and to all researchers who have to solve practical problems by applying data analysis and simulation procedures. The R software is adopted throughout the book, with a rich library of original programs accessible to the readers through a website.

The book is intended as an advanced undergraduate or first-year graduate course for students from various disciplines, including applied mathematics, physics and engineering. It has evolved from courses offered on partial differential equations (PDEs) over the last several years at the Politecnico di Milano. These courses had a twofold purpose: on the one hand, to teach students to appreciate the interplay between theory and modeling in problems arising in the applied sciences, and on the other to provide them with a solid theoretical background in numerical methods, such as finite elements. Accordingly, this textbook is divided into two parts. The first part, chapters 2 to 5, is more elementary in nature and focuses on developing and studying basic problems from the macro-areas of diffusion, propagation and transport, waves and vibrations. In turn the second part, chapters 6 to 11, concentrates on the development of Hilbert spaces methods for the variational formulation and the analysis of (mainly) linear boundary and initial-boundary value problems.

This book serves as a concise textbook for students in an advanced undergraduate or first-year graduate course in various disciplines such as applied mathematics, control, and engineering, who want to understand the modern standard of numerical methods of ordinary and delay differential equations. Experts in the same fields can also learn about the recent developments in numerical analysis of such differential systems. Ordinary differential equations (ODEs) provide a strong mathematical tool to express a wide variety of phenomena in science and engineering. Along with its own significance, one of the powerful directions toward which ODEs extend is to incorporate an unknown function with delayed argument. This is called delay differential equations (DDEs), which often appear in mathematical modelling of biology, demography, epidemiology, and control theory. In some cases, the solution of a differential equation can be obtained by algebraic combinations of known mathematical functions. In many practical cases, however, such a solution is quite difficult or unavailable, and numerical approximations are called for. Modern development of computers accelerates the situation and, moreover, launches more possibilities of numerical means. Henceforth, the knowledge and expertise of the numerical solution of differential equations becomes a requirement in broad areas of science and engineering.One might think that a well-organized software package such as MATLAB serves much the same solution. In a sense, this is true; but it must be kept in mind that blind employment of software packages misleads the user. The gist of numerical solution of differential equations still must be learned. The present book is intended to provide the essence of numerical solutions of ordinary differential equations as well as of delay differential equations. Particularly, the authors noted that there are still few concise textbooks of delay differential equations, and then they set about filling the gap through descriptions as transparent as possible. Major algorithms of numerical solution are clearly described in this book. The stability of solutions of ODEs and DDEs is crucial as well. The book introduces the asymptotic stability of analytical and numerical solutions and provides a practical way to analyze their stability by employing a theory of complex functions.

Questo breve libro propone con uno spirito via via d¿immagine storiografica e di dettaglio matematico, la nascita e l¿evoluzione del concetto di curvatura: le sue origini ancestrali nella meccanica, nell¿astronomia, nella geodesia, e infine, chiaramente nella geometria. Gli aspetti tecnici, a volte estremamente semplici, altre volte complessi, sono sempre accompagnati da spiegazioni che si sperano esaurienti.È ben noto che su entrambi i versanti culturali proposti nel libro, molto si è scritto e ad altissimo livello; qui, c¿è un tentativo di sintesi, della storiografia e della matematica sul tema della curvatura. Il racconto del filo che intercorre tra Huygens, Gauss, Riemann, Christoffel, Ricci Curbastro, Levi-Civita e infine Einstein, è stato sicuramente già ben proposto sul versante puramente storico o in quello prettamente matematico: è una speranza che la narrazione qui presentata, con questi punti di vista intrecciati, sia infine soddisfacente. Il tentativo andava fatto. L¿augurio forte è che gli argomenti narrati risultino coinvolgenti per il lettore, spingendolo ad esplorare autonomamente altri aspetti magari nascosti nelle pieghe della nozione di curvatura e del mondo che ci vive attorno. Il volume muove inizialmente dal racconto di qualche frammento di cosmologia antica e medioevale. Tutto ciò è solo apparentemente estraneo al corpo vivo della materia: ritroveremo per esempio che la concezione cosmologica di Dante, riassunta qui matematicamente, propose un universo come un¿ipersfera 3-dimensionale che, quasi incidentalmente, risulterà proprio il modello cosmologico offerto da Einstein nel 1917 per il suo universo chiuso e statico. Ed è proprio la curvatura che domina quella scena, oggetto matematico protagonista della teoria della relatività generale einsteniana. I personaggi prima elencati vengono comunque narrati anche nelle loro salienti vicende umane, a volte altamente drammatiche, come accadde per esempio per Riemann e TullioLevi-Civita. In un certo senso, la storia della curvatura accompagna la storia dell¿umanità.Benché inizialmente sia stato generato da un disegno didattico, il volume è indirizzato ad un pubblico non necessariamente studentesco, con una cultura scientifica di base.

Le equazioni differenziali sono un argomento fondamentale non solo della matematica, ma anche della fisica, dell'ingegneria e, in generale, di tutte le scienze. Questo volume intende fornire allo studente una panoramica di alcune tra le più interessanti e suggestive questioni relative alle equazioni differenziali ordinarie trattate da un punto di vista geometrico, aprendo uno sguardo verso l'analisi funzionale. Oltre ai risultati classici sulle equazioni lineari, molto spazio è dato ai problemi nonlineari che spesso non sono oggetto dei corsi istituzionali.L'esposizione è tenuta a un livello semplice in modo che il libro possa essere accessibile a studenti dell'ultimo anno della laurea triennale e della laurea magistrale, offrendo anche spunti per ulteriori approfondimenti.

Nato dai corsi universitari di Teoria dei Gruppi tenuti per vari anni dall'autore, questo libro affronta gli argomenti fondamentali della teoria: gruppi abeliani, nilpotenti e risolubili, gruppi liberi, permutazioni, rappresentazioni e coomologia. Dopo le prime nozioni, viene esposto il programma di Hölder per la classificazione dei gruppi finiti. Un lungo capitolo è dedicato all'azione di un gruppo su un insieme e alle permutazioni, sia sotto l'aspetto algebrico che combinatorio, con richiami alla teoria delle equazioni. Si considerano anche alcune questioni di carattere logico, come la decidibilità del problema della parola per certe classi di gruppi. Un aspetto essenziale del libro è la presenza di una grande varietà di esercizi, circa 400, in gran parte risolti.

Questo testo, che fa parte della collana UNITEXT - La matematica per il 3+2, contiene una raccolta di esercizi riferiti agli argomenti tipici di un corso di metodi analitici e numerici proposto in un corso di laurea in Ingegneria o in Matematica. Ogni paragrafo è preceduto da un breve richiamo delle principali nozioni di teoria necessarie affinché l'allievo possa risolvere gli esercizi proposti. La risoluzione della maggior parte degli esercizi si avvale della libreria MLife, sviluppata dagli autori, in linguaggio MATLAB. Questo consente l'immediata verifica da parte degli studenti delle principali proprietà teoriche introdotte.

Il testo presenta metodi e modelli per lo studio delle citta viste come sistemi evolutivi che interagiscono con il territorio circostante. Gli aspetti morfologici, strutturali e dinamici sono sottolineati e analizzati con metodi qualitativi e quantitativi originati dalla matematica e dalla fisica, ma anche ispirati da altre scienze naturali e dallo studio dei sistemi socio-economici. Il libro usa la matematica in vari modi:  i concetti e i metodi che vanno oltre quelli della matematica elementare vengono introdotti ed esposti brevemente, con particolare attenzione a quelli attinenti a probabilita e statistica che, non facendo parte dell'educazione di base, vengono presentati sistematicamente tramite capitoli appositi. Contributi piu specializzati includono argomenti come la dinamica urbana, l'analisi di progetti architettonici per il territorio, l'uso di automi cellulari stocastici, la sintassi dello spazio urbano, l'influenza del paesaggio e della geografia, e i modelli per la mobilita urbana. Il libro e rivolto agli studenti di corsi avanzati di architettura, urbanistica e ingegneria, e a tutte le persone che studiano il territorio o vi operano.

L'opera fornisce una introduzione alla geometria delle varietà differenziabili, illustrandone le principali proprietà e descrivendo le principali tecniche e i più importanti strumenti usati per il loro studio. Uno degli obiettivi primari dell'opera è di fungere da testo di riferimento per chi (matematici, fisici, ingegneri) usa la geometria differenziale come strumento; inoltre può essere usato come libro di testo per diversi corsi introduttivi alla geometria differenziale, concentrandosi su alcuni dei vari aspetti della teoria presentati nell'opera. Più in dettaglio, nell'opera saranno trattati i seguenti argomenti: richiami di algebra multilineare e tensoriale, spesso non presentati nei corsi standard di algebra lineare; varietà differenziali, incluso il teorema di Whitney; fibrati vettoriali, incluso il teorema di Frobenius e un'introduzione ai fibrati principali; gruppi di Lie, incluso il teorema di corrispondenza fra sottogruppi e sottoalgebre; coomologia di de Rham, inclusa la dualità di Poincaré e il teorema di de Rham; connessioni, inclusa la teoria delle geodetiche; e geometria Riemanniana, con particolare attenzione agli operatori di curvatura e inclusi teoremi di Cartan-Hadamard, Bonnet-Myers, e Synge-Weinstein. Come abitudine degli autori, il testo è scritto in modo da favorire una lettura attiva, cruciale per un buon apprendimento di argomenti matematici; inoltre è corredato da numerosi esempi svolti ed esercizi proposti.

Da dove viene questo strano titolo Algebra lineare per tutti? Tutti in che senso? E` luogo comune il fatto che la matematica non sia materia per tutti ed è vero che uno degli ostacoli alla sua diffusione sono spesso i matematici stessi (per fortuna non tutti). Alcuni di essi tendono a sviluppare un linguaggio astruso, difficile, o addirittura talvolta incomprensibile persino per gli esperti di settori limitrofi. E se provassimo a chiedere ad un matematico di professione di estraniarsi per un poco dal suo linguaggio abitudinario e parlare e scrivere in modo più lineare? E se gli chiedessimo addirittura di essere vivace? E perché non esagerare e chiedergli di essere a tratti persino divertente? Lo scopo di questo libro è quello di fornire i primi strumenti matematici relativi ad un capitolo della scienza che si chiama Algebra Lineare. Il testo è stato scritto da un matematico che ha cercato di uscire dal suo personaggio per venire incontro ad un pubblico ampio. La sfida è quella di rendere accessibili a tutti i primi rudimenti di un sapere fondamentale per la scienza e la tecnologia.

Il libro è la naturale continuazione di 'Introduzione alla complessità computazionale'. Il libro inizia affrontando il problema della primalità e della difficile identificazione della sua precisa complessità computazionale, per portarci all'analisi delle relazioni tra determinismo e casualità. Vengono poi presentati modelli di calcolo. Essempi ed esercizi aiutano il lettore ad impadronirsi degli strumenti matematici che vengono introdotti. Il testo può essere utilizzato per corsi universitari avanzati (in particolare del corso di laurea in Informatica) e per corsi di dottorato. Inoltre si propone come riferimento per i ricercatori del settore e di aree affini.