応用数学Ⅲ(3003)

科目基礎情報

学校	八戸工業高等専門学校	開講年度	令和03年度 (2021年度)
授業科目	応用数学Ⅲ(3003)
科目番号	4C24	科目区分	専門 / 必修
授業形態	講義	単位の種別と単位数	履修単位: 1
開設学科	産業システム工学科マテリアル・バイオ工学コース	対象学年	4
開設期	前期	週時間数	2
教科書/教材	高専テキストシリーズ　応用数学　（森北出版）、同左　問題集，及び教員作成プリント
担当教員	馬場 秋雄,馬渕 雅生

到達目標

ラプラス変換を使って常微分方程式を解くことができる。
さまざまな周期関数をフーリエ級数によって表すことができる。
フーリエ級数を応用して、偏微分方程式を解くことができる。
フーリエ変換と離散フーリエ変換を理解できる。

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
ラプラス変換	ラプラス変換を理解して、常微分方程式を解くことができる。	ラプラス変換を使って常微分方程式を解くことができる。 さまざまな周期関数をフーリエ級数で表現できること。 フーリエ級数・フーリエ変換とスペクトルの関係を理解できること。	ラプラス変換を使って常微分方程式を解くことができない。 さまざまな周期関数をフーリエ級数で表現できること。 フーリエ級数・フーリエ変換とスペクトルの関係をヒントを与えられて理解できること。
フーリエ級数	フーリエ級数を理解し、さまざまな周期関数をフーリエ級数で表現できる。	さまざまな周期関数をフーリエ級数で表現できる。	周期関数をフーリエ級数で表現できない。
フーリエ級数の応用	フーリエ級数を用いて、偏微分方程式を解く方法を理解できる。	フーリエ級数を用いて、偏微分方程式を解くことができる。	フーリエ級数を用いて、偏微分方程式を解くことができない。
フーリエ変換・離散フーリエ変換	フーリエ変換、離散フーリエ変換を理解し、簡単な場合を計算することができる。	フーリエ変換、離散フーリエ変換の概要を理解できる。	フーリエ変換、離散フーリエ変換の概要を理解するこことができない。

学科の到達目標項目との関係

ディプロマポリシー DP2 ◎ （数学・自然科学・情報処理知識の修得）

ディプロマポリシー DP3 〇 （専門知識の修得）

教育方法等

概要:

【開講学期】夏学期週4時間
工学分野では、現象の解析に微分方程式が用いられることが多く、その解析において、ラプラス変換とフーリエ級数、フーリエ変換が用いられる。「応用数学Ⅲ」ではそれらの基本事項を学び、様々な現象に応用する技術を会得することが目標である。ラプラス変換については、常微分方程式を解くことを目標とする。フーリエ解析については、フーリエ級数の基本事項を学び、応用として、偏微分方程式の解法とフーリエ変換にも触れる。

授業の進め方・方法:

本授業では、数学的な意味を理解し、計算方法を修得することに重点をおく。前半（14時間）はラプラス変換であり、基本事項を学んだあと、微分方程式を解く。後半（14時間）はフーリエ解析であり、フーリエ級数の基本を学んだあと、フーリエ変換を紹介する。到達度試験を80%、課題などを20％として評価を行い、総合評価100点満点のうち、60点以上を合格とする。答案は採点後返却し、達成度を伝達する。

注意点:

3学年までに学んだ微分積分学と線形代数の知識が必要となるので、忘れていることがあれば、適時復習をすること。授業中の演習では、問題を自分で解くように心がけること。また、授業で与える宿題や課題は確実にこなして提出すること。補充試験は実施しない予定であるから、真剣に学んでもらいたい。

授業の属性・履修上の区分

アクティブラーニング

授業計画

		週	授業内容	週ごとの到達目標
前期
	1stQ
		1週	ラプラス変換	ラプラス変換の定義を理解し、計算することができる。
		2週	逆ラプラス変換	逆ラプラス変換を理解し、計算することができる。
		3週	１階線形微分方程式	ラプラス変換を用いて、1階線形微分方程式を解くことができる。
		4週	2階線形微分方程式	ラプラス変換を用いて、2階線形微分方程式を解くことができる。
		5週	デルタ関数	デルタ関数を理解し、そのラプラス変換を求めることができる。
		6週	合成積	合成積を理解し、そのラプラス変を求めることができる。
		7週	線形システム	線形システムの応答を求めることができる。
		8週	三角関数の積分	三角関数の積分をすることができる。
	2ndQ
		9週	フーリエ級数	フーリエ級数の定義を理解し、簡単な場合に求めることができる。
		10週	収束定理	フーリエ級数の収束定理を理解し、確かめることができる。
		11週	フーリエ余弦級数・正弦級数	フーリエ余弦級数・正弦級数を理解し、簡単な場合に求めることができる。
		12週	偏微分方程式への応用	フーリエ級数を用いて、熱伝導方程式を解くことができる。
		13週	複素フーリエ級数	複素フーリエ級数の定義を理解し、簡単な場合に求めることができる。
		14週	フーリエ変換と離散フーリエ変換	フーリエ変換と離散フーリエ変換の概要を理解できる。
		15週	到達度試験	到達度を知る。
		16週

評価割合

	到達度試験	課題・小テスト等	合計
総合評価割合	80	20	100
基礎的能力	40	10	50
専門的能力	40	10	50
分野横断的能力	0	0	0