数値計算法

科目基礎情報

学校 北九州工業高等専門学校 開講年度 令和02年度 (2020年度)
授業科目 数値計算法
科目番号 0068 科目区分 専門 / 必修
授業形態 授業 単位の種別と単位数 履修単位: 1
開設学科 生産デザイン工学科(機械創造システムコース) 対象学年 4
開設期 前期 週時間数 2
教科書/教材 「Excelではじめる数値解析」伊津野,酒井 著 (森北出版)
担当教員 島本 憲夫

目的・到達目標

1. 主要な数値計算アルゴリズムの概要や特徴を説明できる。
2. コンピュータ上で数値計算を行う際に発生する誤差の影響を理解している。
3. 学習したアルゴリズムを実装し、動作確認を行うことができる。

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数値計算アルゴリズムを用いて近似解を導出する手法を説明でき、実問題に適用できる。数値計算アルゴリズムを用いて近似解を導出する手法を説明できる。数値計算アルゴリズムを用いて近似解を導出する手法を説明できない。
評価項目2コンピュータの誤差を説明・導出することができる。コンピュータの誤差について説明できる。コンピュータの誤差について説明できない。
評価項目3最適なアルゴリズムを自ら考えプログラミングし、動作確認ができる。アルゴリズムをプログラミングし、動作確認ができる。アルゴリズムを実装できない。

学科の到達目標項目との関係

準学士課程の教育目標 A① 説明 閉じる
準学士課程の教育目標 A② 説明 閉じる
専攻科課程教育目標、JABEE学習教育到達目標 SA① 説明 閉じる
専攻科課程教育目標、JABEE学習教育到達目標 SA② 説明 閉じる

教育方法等

概要:
「数値計算法」は、電気・電子・制御工学系のみの学問ではなく、機械工学系の学生にとっても非常に重要な学問である。従来、電卓や計算尺で行っていた科学計算をプログラム化することで計算能率は飛躍的に向上し、物理現象の解析や構造設計に応用できる。
ここでは、2 年次に学習したプログラミング技術を使って数値計算の各種手法を学習し、コンピュータを使った数値計算において基礎となる知識を身につける。
授業の進め方と授業内容・方法:
この講義では、数学的な問題をコンピュータによる数値的な手法を用いて近似解を導出する手法を学ぶ。条件分岐や繰り返し処理等、プログラミングの基礎を理解していることが前提となる。また、コンピュータのプログラムによる数値計算は、通常の数学的な考え方をベースにするが、それとは違った論理的な思考も必要になる。授業では、各種手法を説明した後にプリントを用いた基礎問題の演習を行う。また、プログラム作成の演習を行う。
注意点:
2 年次に学習した「情報処理」の知識も必要になるので、十分に復習しておくこと。

授業計画

授業内容・方法 週ごとの到達目標
前期
1stQ
1週 ガイダンス 本科目で学習する内容を理解し、説明できる。
2週 数値表現と計算誤差 10進法と2進法での数値表現が行える。誤差の種類、数値計算における誤差の原因を説明できる。
3週 関数の近似と補間 テイラー展開、関数の補間について説明できる。
4週 数値微分の計算方法 数値的な微分計算の方法を説明できる。
5週 数値積分の計算方法 数値的な積分計算の方法を説明できる。
6週 微分方程式の解法 数値計算による微分方程式の解法を説明できる。
7週 プログラミング演習(1) 微分方程式の解法をプログラム実装できる。
8週 中間試験
2ndQ
9週 方程式の解法:2分法 2分法による方程式の解法を説明できる。
10週 方程式の解法:ニュートン法 ニュートン法による方程式の解法を説明できる。
11週 プログラミング演習(2) 方程式の解法をプログラム実装できる。
12週 連立1次方程式の解法:ガウスの消去法 ガウスの消去法による連立1次方程式の解法を説明できる。
13週 最小二乗法 最小二乗法を説明できる。
14週 プログラミング演習(3) 連立一次方程式の解法、最小二乗法をプログラム実装できる。
15週 定期試験
16週 試験内容の解説、学習内容の整理 本科目で学習した重要点を整理する。

評価割合

試験課題発表態度ポートフォリオその他合計
総合評価割合60400000100
基礎的能力0000000
専門的能力60400000100
分野横断的能力0000000