We guide the reader on a journey through mathematical modeling and numerical analysis, emphasizing the crucial interplay of both disciplines. Targeting undergraduate students with basic knowledge in dynamical systems and numerical methods for ordinary differential equations, we explore a model from mathematical biology where numerical methods fail badly due to catastrophic floating point errors. We analyze the reasons for this behavior by studying the steady states of the model and use the theory of invariants to develop an alternative model that is suited for numerical simulations. Our story intends to motivate combining analytical and numerical knowledge, even in cases where the world looks fine at first sight. We have set up an online repository containing an interactive notebook with all numerical experiments to make this study fully reproducible and useful for classroom teaching.


翻译:通过强调两个学科之间关键的相互作用,我们引导读者穿越数学建模和数值分析。我们针对具备动态系统和普通微分方程数值方法基础知识的本科生,研究了数学生物学中的一个模型,其中数值方法由于灾难性浮点误差而失败。我们分析了模型稳态的原因,并使用不变量理论开发了适用于数值模拟的替代模型。我们的故事意在激励将分析和数值知识相结合,即使在表面看起来一切正常的情况下也要如此。我们已经建立了一个在线仓库,其中包含具有所有数字实验的交互式笔记本,以使这项研究完全具有再现性,适用于课堂教学。

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