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科目の概要

微分積分の基本原理とそれらの応用について学修する。微分・積分の計算方法はもちろん、テイラー展開など近似の考え方や、ガンマ関数・ベータ関数など応用上重要な関数の扱いについても触れ、その上で微分方程式の解法やラプラス変換、微分方程式の数値解法を学ぶ。これら一連の学修を通じて、幅広い分野での微分積分の応用力を身につけることを目標とする。

科目情報

履修想定年次
1年次
単位数
2単位
開講Q
2Q、4Q
科目区分
選択
授業の方法
オンデマンド科目
評価方法
確認レポート 50% , 単位認定試験 50%
科目コード
MTH-1-C1-0204-005
到達目標
解析学1を学び終えた時点では、微積分の基本原理とその計算法を理解し、それを幅広い分野で応用する力を有することを目指す。これらの理論と技術を駆使して、現実世界の多様な問題を数学的に分析し、その解を求める。微分積分の知識と技術は、問題解決能力を向上させるための重要なツールである。
教科書・参考書
  • 【教科書】オリジナル教材【参考書】微分積分(加藤文元/数研出版)2019、微積分(斎藤毅/東京大学出版会)2013
授業時間外の学修
各回の授業内容は繰り返し見返し、各回二時間ほど復習を行ってください。また、次回の学修内容についてもあらかじめ不明な単語や前提となる知識をWebで調べるなどして各回三時間ほど予習を行ってください。
特記事項
順次公開予定

授業計画

1
ガイダンス

関数とグラフ、図形の面積の知識を深める。さらに微分積分の意義と活用方法を学修する。

2
微分係数と導関数

微分係数と基本的な関数の導関数について学び、一次近似と微分の線形性を理解する。さらに、積の微分と商の微分を通し、微分の理解を深める。

3
合成関数の微分

微分法を一層理解し、修得するために、関数の合成や逆関数の理解を深める。また、具体的な合成関数や逆関数の微分方について学び、対数微分の手法を身につける。

4
関数の増減

数学的な視点から関数の増減を理解する。導関数や2階微分による判定を学修し、関数の凸性と変曲点を探る。ニュートン法やロピタルの定理も修得する。

5
テイラーの定理

テイラーの定理を中心に学び、2次関数による近似、ランダウの記号、漸近展開、不定形の極限といった関連トピックを理解する。

6
積分

積分の基本性質や定義を修得し、微積分学の基本定理を理解する。また、積分の具体的な計算例や部分積分、ウォリスの公式を学修する。

7
置換積分

置換積分の公式や計算例を学び、置換積分と三角関数の理解を深める。また、有理関数の積分と積分の近似計算も学修する。

8
広義積分

広義積分の基本的な定義や計算方法を学ぶ。さらに、優関数の方法や収束判定の例といった高度な内容を通じて、広義積分の理解を深め、畳み込みについても修得する。

9
ガンマ関数とベータ関数

ガンマ関数とベータ関数の基礎から応用までを深く理解し、その数学的性質と結びつきを学ぶ。さらに、積分との関連性やガウス積分とのつながりを探る。

10
曲線の長さ

曲線の長さの求め方から、様々な曲線の長さ、極座標を用いた曲線の長さの求め方等を学修する。レムニスケート周率や楕円積分についても理解を深める。

11
級数とテイラー展開

級数の収束、整級数の収束半径を理解し、テイラー展開を行う技術を身につける。項別微積分も取り扱い、超幾何級数についても学ぶ。

12
微分方程式

微分方程式の基礎的な理解と解法を把握する。具体的には、変数分離形やロジスティック方程式、定数変化法、ロトカヴォルテラ方程式について学ぶ。

13
線形微分方程式

線形微分方程式の基礎理論を理解し、定数係数の斉次形及び非斉次形を学修する。強制振動と共鳴など現実の現象との関連を学び、級数解についても学ぶ。

14
ラプラス変換

ラプラス変換の基本的な定義から例題、導関数のラプラス変換、畳み込みとの関係を学修し、微分方程式への応用を理解する。

15
微分方程式の数値解法

数値解法を用いた微分方程式の理解と、オイラー法やホイン法の学修が目的である。実例を用いて理解を深め、微分積分の重要性についても考える。

関連科目