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微分方程式

Differential Equations

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講師福島延久

上江洲弘明
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助教松原良太

授業の概要

方程式といえば未知数を含む関係式でした.微分方程式とは未知関数とその導関数を含む関係式です.未知数の代わりに未知の関数が対象になるのです.従って与えられた関係式を満たすような関数を求めることが微分方程式を解くということです.自然科学の法則や工学における現象には微分方程式で表されるものが極めて多く存在します.ニュートンの運動方程式は,質点の位置を時刻の関数として捉えたとき,この関数の2階の導関数(即ち,加速度)と力の関係式です.つまり具体的に力を与えるとそれに対して1つの微分方程式が得られるのです.
このように現象がどのような原理のもとに引き起こされているかは現象における変化の部分に注目することによって理解されることが多いのです.それゆえ多くの現象が変化率を含んだ微分方程式で表されることになり,その結果自然科学や工学では至るところに微分方程式が登場してくるのです.そこで微分方程式を数学的に学ぶことは工学の勉強や研究に不可欠だというほど重要なことなのです.

履修上の注意:数学は積み上げ式の科目なので,1講義ごとの内容を復習によって確かなものにし,講義内外で演習問題を解くことにより定着させてください.尚,受講生が多い場合は,教室定員(120名)の80%程度を目安として,人数制限を行うことがあります.同じ曜日に複数の同一科目が開講されています.1つのクラスに偏ることの無いようにして下さい.

達成目標

1.変数分離形,1階線形常微分方程式の一般解を求められるようにする.
2.ベルヌーイ微分方程式,リッカチの微分方程式を解けるようにする.
3.完全形の微分方程式を解けるようにする.また,積分因子についての理解をもつ.
4.定数係数2階線形微分方程式の一般解を演算子を用いて解く.

授業計画

1.常微分方程式の解について(初期条件と境界条件)
2.変数分離形, 同次形の微分方程式
3.1階線形微分方程式
4.ベルヌーイの微分方程式, リッカチの微分方程式
5.完全微分方程式,積分因子
6.2階線形微分方程式の基本概念
7.中間試験
8.同次形定数係数2階線形微分方程式
9.非同次形定数係数2階線形微分方程式
10.変数係数2階微分方程式
11.微分演算子法の基本概念
12.定数係数線形微分方程式の演算子法による解法
13.微分方程式のベキ級数による解法
14.ルジャンドル方程式, ベッセル方程式
15.期末試験

評価方法と基準

中間試験や演習・レポート・小テストなどを30%,期末試験を70%とし,総合得点60点以上を合格とする.

教科書・参考書

第1回目の講義で紹介する。

履修前の準備

線形代数1,2, 微分積分1,2を受講しておいてください.

学習・教育目標との対応(機械工学科)

1.(F)機械に関わる諸現象を物理の原理から数学的に導くことができ,機械の設計や性能評価に必要な技術計算ならびに統計処理を正確に適用することができる.

学習・教育目標との対応(機械工学第二学科)

1.(E)機械工学における基盤分野の理解に必要な基礎的な数学の知識と応用能力,実験・分析の遂行に必要な確率・統計,情報処理の基礎的な知識や自然現象を数学的にモデル化し,シミュレーションする基礎的な知識と応用能力を習得する (1) 基礎的な数学の知識 (2) 実験データの分析能力 (3) 情報リテラシの習得 (4) 自然現象をモデル化し,シミュレーションする能力

学習・教育目標との対応(応用化学科)

1.(A)応用化学をささえる工学一般・自然科学・情報技術に関する知識と,その応用能力.

学習・教育目標との対応(電気工学科)

1.C2:数理法則と物理原理など工学の基礎理論を理解し、適切に利用することができる。

オフィスアワー

授業の前後

環境との関連

環境に関連しない科目

最終更新 : Thu Mar 28 07:54:44 JST 2013