応用数学演習

科目基礎情報

学校 熊本高等専門学校 開講年度 平成30年度 (2018年度)
授業科目 応用数学演習
科目番号 0237 科目区分 専門 / 必修
授業形態 演習 単位の種別と単位数 学修単位: 1
開設学科 建築社会デザイン工学科 対象学年 5
開設期 前期 週時間数 1
教科書/教材 高遠節夫、斎藤斉ほか4名著「新訂応用数学」大日本図書
担当教員 入江 博樹

到達目標

1. □ラプラス変換の計算条件を示すことができる。.
2. □色々な関数のラプラス変換式として示すことができる
3. □ラプラス関数にラプラス逆変換を適応することができる。
4. □ラプラス変換表を用いて、基本的な微積分方程式の解を求めることがができる.
5. □三角関数の直交性を数式で示すことができる。
6. □三角関数を含む積分ができ,フーリエ係数を求めることができる.
7. □任意の周期関数についてフーリエ級数で表現できる.

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
ラプラス変換の定義を説明でき、与えられた関数のラプラス変換ができる。与えられた関数についてラプラス変換とその逆変換をつかって確認することができる。与えられた任意の関数について、ラプラス変換の式を書き出すことができる。積分や三角関数などの数学的な技法をラプラス変換の定義式に当てはめることができない。
線形微分方程式をラプラス変換により解くことができる。線形微分方程式をラプラス変換した後、式を適切に変形し、逆変換により指定された解を求めることができる。線形微分方程式にラプラス変換を適用できる条件を理解し、ラプラス変換により表現することがきる。線形微分方程式がラプラス変換を利用することで、問題が解けることを理解できていない。
関数の直交性を説明できる。フーリエ級数を求める為に三角関数の直交性を利用して、定義式を求めることができる直交性を計算するための定義式を示し、直交性の概念を示すことができる。関数の直交性を検証するための式を示すことができない。
任意の周期関数のフーリエ級数をもとめることができる矩形波、三角波、のこぎり波などのフーリエ級数を求めることができる。逆変換により得られ時間を描くことができる。任意の周期波形に対するフーリエ級数の導出式を示すことができる、単純な三角波や矩形波の級数を導出できる。フーリエ級数の導出するための定義式を記述できない。

学科の到達目標項目との関係

教育方法等

概要:
工学的現象は,微分方程式で記述される場合が多い.本講義では,微分方程式の解法の一つとしてのラプラス変換また偏微分方程式の解法と関連してフーリエ級数を取り扱う.問題演習を通して,基礎的な微分・積分の理解および計算力を高めると同時にそれぞれの工学への適用法を学ぶ.

授業の進め方・方法:
 講義では、教科書に従って概念や論理の理解が進むように指導する.それと同時に,練習問題も同時に取り扱う(即レポ).さらに毎回課題として取り組んでもらう(課題).指導を通して総合的に数学の概念の理解と適用法,および概念定着を図り,応用力・計算力を養う.

問題演習を通して,基礎的な微分・積分の理解および計算力を高めると同時にそれぞれの適用法を指導する.
注意点:
授業時間外の疑問・質問は,随時受付ける.また,メールでの質問も可.
数学では,問題に対する解答にいくつもの解法がある.自分なりの好きな方法・やり方を発見して欲しい.そのためには多くの問題を自力で解いて欲しい.問題が与えられたとき,どのような方法で解いていくのか複数の解法を考えてみてほしい.時間をかけてしっかり考えてみると,数学の面白さが分かるはず.

授業計画

授業内容 週ごとの到達目標
前期
1stQ
1週 授業方針説明/(ラプラス変換とは) これまでに身につけた数学の知識とこの科目に必要な数学の知識を確認する
2週 ラプラス変換の定義と例 ラプラス変換の定義式を知る。ラプラス変換の利点を知る
3週 ラプラス変換の基本的な性質 ラプラス変換の基本的な性質を知る。
4週 導関数のラプラス変換 微分や積分をラプラス変換との関係を知る(s倍、1/s 倍)
5週 逆ラプラス変換 ラプラス変換・逆ラプラス変換の表の使い方を知る。
6週 線形微分方程式への応用 簡単な微分方程式をラプラス変換を使って解く
7週 問題練習 ラプラス変換に関する演習問題を解く
8週 〔中間試験〕 ラプラス変換に関する知識の確認
2ndQ
9週 解答解説/(フーリエ解析とは) テスト返却。 時間領域・周波数領域(スペクトル)
についての意味を知る。
10週 フーリエ級数 フーリエ級数関数の定義を知る。
11週 フーリエ正弦級数,余弦級数 周期関数についての直交を計算し、フーリエ級数展開の意味を知る。
12週 一般の周期関数のフーリエ級数展開(1) 矩形波、三角波などのフーリエ級数展開の係数を求める。
13週 一般の周期関数のフーリエ級数展開(2) 矩形波、三角波などのフーリエ級数展開の係数を求める。
14週 問題練習 色々な周期関数についてフーリエ級数展開の係数を求める。フーリエの性質を知る。
15週 〔前期末試験〕 フーリエ級数展開に関する知識を確認する
16週 前期末試験の返却と解説 テスト返却。ラプラス変換とフーリエ級数展開の応用事例について知る。

モデルコアカリキュラムの学習内容と到達目標

分類分野学習内容学習内容の到達目標到達レベル授業週
基礎的能力数学数学数学簡単な場合について、関数の極限を求めることができる。3前1
微分係数の意味や、導関数の定義を理解し、導関数を求めることができる。3前6
積・商の導関数の公式を用いて、導関数を求めることがができる。3前6
合成関数の導関数を求めることができる。3前7
三角関数・指数関数・対数関数の導関数を求めることができる。3前1
不定積分の定義を理解し、簡単な不定積分を求めることができる。3前1,前2,前3,前4,前5,前10,前11,前12
置換積分および部分積分を用いて、不定積分や定積分を求めることができる。3前1,前2,前3,前4,前5,前10,前11,前12
定積分の定義と微積分の基本定理を理解し、簡単な定積分を求めることができる。3前1,前2,前3,前4,前5,前10,前11,前12
分数関数・無理関数・三角関数・指数関数・対数関数の不定積分・定積分を求めることができる。3前1,前2,前3,前4,前5,前10,前11,前12
微分方程式の意味を理解し、簡単な変数分離形の微分方程式を解くことができる。3前6,前7,前8
簡単な1階線形微分方程式を解くことができる。3
定数係数2階斉次線形微分方程式を解くことができる。3

評価割合

試験レポート相互評価態度ポートフォリオその他合計
総合評価割合80200000100
基礎的能力80200000100
専門的能力0000000
分野横断的能力0000000