数理科学

科目基礎情報

学校 奈良工業高等専門学校 開講年度 令和02年度 (2020年度)
授業科目 数理科学
科目番号 0027 科目区分 専門 / 選択
授業形態 授業 単位の種別と単位数 学修単位: 2
開設学科 システム創成工学専攻(機械制御システムコース) 対象学年 専1
開設期 前期 週時間数 2
教科書/教材 教科書:特定の教科書は指定しませんが、自学自習に役立つような参考書は適宜紹介します。           参考書:中村滋 著,「数学史の小窓」,日本評論社 (2015年);山田裕史 著,「組合せ論プロムナード」,日本評論社 (2009年); 高崎金久著,「線形代数と数え上げ」,日本評論社(2012年);高崎金久著,「線形代数とネットワーク」,日本評論社(2017年);佐藤文広 訳,「整数の分割」,数学書房(2006年)
担当教員 飯間 圭一郎

目的・到達目標

本科で体系的に学んできた数学は人類が長い歴史の中で積み重ねてきた文化的活動の一部分です。本講義では、先人の歩んだ道筋を追体験し、その成果を深く理解することを目的です。その経験を通して、実際に諸君が数学を使う場面(数理現象を扱う場面)で適切な判断ができるようになることが最終的な目標です。
(1)母関数を用いて様々な数列の一般項および和公式(バーゼルの問題)を導き出せる。
(2)様々な分割数の母関数から種々の分割恒等式(関数等式)を導き出せる。
(3)グレブナー基底に関する基礎知識を習得し、簡単なイデアルのグレブナー基底が計算できる。

ルーブリック

理想的な到達レベルの目安標準的な到達レベルの目安未到達レベルの目安
評価項目1バーゼルの問題が解ける。解析関数のマクローリン展開が計算できる。解析関数のマクローリン展開が計算できない。
評価項目2ロジャース-ラマヌジャン恒等式が解ける。分割数の母関数から分割恒等式を導き出せる。分割数の母関数が計算できない。

学科の到達目標項目との関係

教育方法等

概要:
本講義では,微分積分(数列と冪級数展開),線形代数(線形写像,ベクトル空間),整数の分割などからいくつかの具体的な話題,特に古来考えられてきた話題を取り上げ,本科で学んだ知識がどのように活用されているかを解説していく。
授業の進め方と授業内容・方法:
座学による講義が中心です。講義ごとに演習問題に取り組み,各自の理解度を確認します。
注意点:
関連科目:本科の数学系科目は,本講義を理解する基礎となります。
学習指針:数学の理解には自分の手を動かして考える経験が不可欠です。講義の復習をていねいに行い,課題には積極的に取り組むことで理解を深めて下さい。
自己学習:講義で扱った題材をきっかけに図書館等で参考書にあたって様々な計算例や具体例を調べて下さい。履修するなら,このことを意識し,自らの知識の幅を広げるよう努力して欲しいです。
事前学習:シラバスを読み関連する内容を予習してきて下さい。  事後発展学習:講義で演習プリントを配布するので解答を書き次の授業時に提出して下さい。

学修単位の履修上の注意

本科目は学修単位ですので、授業時間以外においても、それ相当の時間を本科目の勉強に当てて下さい。授業を受けて、課題を提出するだけでは不充分です。

授業計画

授業内容・方法 週ごとの到達目標
前期
1stQ
1週 線形代数から代数学へ(1) 集合,写像,ベクトル空間,次元,線形写像を復習する。
2週 線形代数から代数学へ(2) 割り算について復習し,可換環とイデアルを定義する。
3週 線形代数から代数学へ(3) 剰余環を定義し,様々な例にふれる。
4週 多項式環とイデアル(1) 多項式環の剰余環について学ぶ(主に次数,斉次式)。
5週 多項式環とイデアル(2) グレブナー基底と割り算アルゴリズムを学ぶ。
6週 数列と関数(1) 形式的冪級数(母関数)について学ぶ。
7週 数列と関数(2) フィボナッチ数,ベルヌーイ数などの母関数を求める。
8週 数列と関数(3) マクローリン展開の復習と無限積表示について学ぶ。
2ndQ
9週 数列と関数(4) オイラーの方法でリーマン・ゼータ関数の値を求める。
10週 整数の分割(1) 全単射法を用いて様々な分割恒等式を与える。
11週 整数の分割(2) オイラーペアの構成により様々な分割恒等式を導く。
12週 整数の分割(3) 分割恒等式の母関数をから様々な関数等式を導く。
13週 整数の分割(4) 多変数多項式の割り算の余りと整数の分割をつなぐ。
14週 整数の分割(5) グレブナー基底を用いて,シューアの関数等式を導く。
15週 整数の分割(6) ロジャース-ラマヌジャン恒等式に挑戦する。
16週 学年末試験 授業内容を理解し,試験問題に対して正しく解答する。

評価割合

試験発表相互評価態度ポートフォリオ課題合計
総合評価割合50000050100
基礎的能力50000050100
専門的能力0000000
分野横断的能力0000000