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基礎物理数学

前期 火曜日 4講時 川北キャンパスB200. 単位数/Credit(s): 2. 担当教員(所属)/Instructor (Position): 今井 良宗 所属:理学研究科. 対象学部/Object: 1セメ:理(数地生)医/3セメ:理(化). 開講期/Term: 1・3セメスター. 科目群/Categories: 全学教育科目学術基礎科目-基礎物理学. 履修年度: 2024. 科目ナンバリング/Course Numbering: ZDP-PHY104J. 使用言語/Language Used in Course: 日本語.

主要授業科目/Essential Subjects

各学部の履修内規または学生便覧を参照。

授業題目/Class Subject

基礎物理数学 [Basic Mathematics for Physics]

授業の目的と概要/Object and Summary of Class

物理学の理解に必要となる基礎的な数学を学ぶ。 [This course covers basic mathematics necessary for understanding physics.]

学修の到達目標/Goal of Study

・一変数関数のテイラー展開の意味を理解し、簡単な場合に計算できるようになる. [Understand the meaning of Taylor expansions and use them for simple cases.]
・オイラーの公式の意味を理解し、極形式を使った複素数の計算ができるようになる。 [Understand the meaning of the Euler's formula and calculation of complex numbers in polar coordinates.]
・ニュートンの運動方程式が微分方程式であることを理解し、簡単な場合に解を求められるようになる。 [Understand that the Newtonian equation is a differential equation and solve it for simple cases.]
・2次元の線形代数の基礎的事項(ベクトル、線形変換、行列、行列式、固有値・固有ベクトル)を理解する。特に、2体の連成振動を固有ベクトルを使って解けるようになる。
[Understand fundamentals of linear algebra (vector, linear transformation, matrices, determinants, eigenvalues and eigenvectors) in two dimensions. Especially, solve the problem of two-bodies coupled oscillation by using eigenvectors.]
・多変数の微積分(偏微分、多重積分)の意味を理解し、簡単な計算ができるようになる。 [Understand multivariable calculus (partial derivative and multiple integral) and use them for simple cases.]

授業内容・方法と進度予定/Contents and Progress Schedule of the Class

・テイラー展開 [Taylor expansion]
・オイラーの公式 [Euler's formula]
・運動方程式と微分方程式 (1) [Equation of motion and differential equation (1)]
・運動方程式と微分方程式 (2) [Equation of motion and differential equation (2)]
・単振動 [Simple harmonic oscillation]
・減衰振動 [Damped oscillation]
・強制振動 [Forced oscillation]
(中間試験) [Midterm exam]
・内積と外積 [Inner product and outer product]
・線形変換と行列 [Linear algebra and matrix]
・固有値と固有ベクトル [Eigenvalue and eigenvector]
・連成振動 [Coupled oscillation]
・偏微分と勾配ベクトル (1) [Partial derivative and gradient vector (1)]
・偏微分と勾配ベクトル (2) [Partial derivative and gradient vector (2)]
・多重積分 [Multiple integral]
(期末試験) [Final exam]

なお毎回、授業内容の理解度を確認するための小テストを行う。
[We will have a quiz at every lecture.]

授業で利用する学習支援システム: Google Classroom
[Learning support system used in class: Google Classroom]

オンライン授業予定: 無
[Scheduled online classes: None]

成績評価方法/Evaluation Method

中間および期末試験の結果に、小テストの成績を加味して評価する。状況を見て、レポート課題を課す場合もある。 [Evaluate by midterm and final exams and quizzes. Depending on the situation, some reports may be imposed.]

教科書および参考書/Textbook and References

  • はじめての物理数学, 石川 洋, 東北大学出版会 (2010) ISBN/ISSN: 9784861631405 資料種別:教科書

授業時間外学修/Preparation and Review

・授業前に教科書の該当箇所に目を通す。 [Before class, read the relevant part of the text before class.]
・授業後に教科書の該当箇所を、自ら手を動かして計算過程を追いながら、読む。 [After class, read the relevant part of the text, following calculations.]

授業へのパソコン持ち込み【必要/不要】/Students must bring their own computers to class[Yes / No]

必要 [Yes]

初回授業時はパソコンをご持参ください。2回目以降の講義の持ち込みの必要性については、講義中に指示します。
[Bring your own computer for the first class, and the necessity of bringing your own computer for the second and subsequent lectures will be explained during the lecture.]

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