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線形空間論（含演習）

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令和２年度以降入学者 線形空間論（含演習）
令和元年度以前入学者 線形空間論（含演習）
教員名 吉田健一
単位数    3 学年 2～4 開講区分 文理学部
科目群 数学科
学期 後期 履修区分 選択
授業形態 対面授業（一部遠隔授業）
授業の形態 対面授業（オンデマンド型動画配信を13/30 程度含む。対面では Zoom によるライブ中継を行う場合があります。）
Blackboard ID 20234315
授業概要 必修科目である１年次の線形代数１・２には行列，連立１次方程式，ベクトル空間の理論など多くの重要な内容が含まれていますが，すべてを網羅してはいません。
本講義では，線形代数１・２の続きとして，3次正方行列を中心に様々な対角化の方法とその応用を学修します。
また，本講義で修得できる理論は，代数系の講義のみならず，解析学序論２，微分方程式論１・２においても役立つはずです。
授業のねらい・到達目標 ＜授業のねらい＞
線形代数１・２の講義内容を補完的に学修することで，線形代数の基礎理論を身に付ける。
さらに，内積などの学修を通して，線形代数の幾何的な捉え方を身に付ける。

＜到達目標＞
・3次正方行列のジョルダン標準形（対角化を含む）を求めることができる。
・行列の対角化を利用して，数列の漸化式などに応用できる。
・内積の理論（直交化）を理解し，対称行列を直交行列により対角化できる。
・対称移動，回転移動の理解を深めつつ，2次曲線の標準形を求めることができる。
・対角化の背景として，線形写像の核と像の基底を求めることができる。

＜デイプロマポリシーとの関係＞
この科目は, 文理学部（学士（理学））のディプロマポリシー DP3,4,5,6,8 及びカリキュラムポリシー CP3,4,5,6,8に対応しています。
なお，この科目は旧カリキュラム（令和元年度以前入学者が対象）においては，文理学部（学士（理学））のディプロマポリシー DP3,DP6 及びカリキュラムポリシー CP1,CP9に対応しています。

＜日本大学教育憲章との関係＞
・自らが獲得してきた数理科学的知識を基礎とし、その上で既存の知識にとらわれることなく、数理科学的根拠に基づいて論理的に考察することができる(A-3-3)。
・日常生活における現象に潜む科学的問題を発見し，専門的知識に基づいて解決案を作成できる(A-4-3)。
・与えられた問題に取り組む気持ちを持つことができる(A-5-1)。
・親しい人々とコミュニケーションを取り，専門的知識について正しく説明することができる(A-6-2)。
・自分の学修経験の振り返りを継続的に行うことができる(A-8-1)。
授業の形式 講義、演習
授業の方法 ①Blackboard を通じてスライド教材とその説明用動画が配信されますので，受講生はそれを学修して下さい（オンデマンド型学修）.
※スライドは履修者本人がダウンロードすること。動画は視聴だけ可能です。
②10時以降、対面授業にて，前回の課題の解説、今回の内容の説明、演習がなされます。
対面参加が困難な学生については，教員の許可をうけて，Zoom にてオンライン参加ができます（※Zoom 配信時のみ)。
許可をうけずにオンライン参加した場合は，原則として【遅刻扱い】で評価されます。
③各回の配信教材の最後につけられた宿題を解き, 指定された期日までに解いて提出して下さい。
この宿題は友人と議論して理解を深めた上で解いても構いません。
④宿題は簡単に添削して（原則として翌週に）返却します。また、宿題の解答例は返却時に配布（Bbにて配信あり）されます。
⑤質問は講義時間もしくは終了後にすることができますが、メールでも受け付けます。
⑥到達度を確認するために，中間試験・期末試験（対面）を行います（※問題がある場合はオンデマンド試験に変更します）。
履修条件 他学科の学生が（教職免許獲得のために）受講する場合は、お勧めの履修の順序があるので、初回の講義の際に申し出ること。
授業計画
1 ガイダンス，線形代数１,2で学んだ2次正方行列の「対角化」の発展として, ２次正方行列の「ジョルダン標準形」の求め方を学ぶ。
【事前学習】シラバスの概要を確認し，教科書第２章第３節～第５節に目を通しておくこと。 （2時間）
【事後学習】第１回宿題（２次正方行列のジョルダン標準形の計算例）を解き，翌週提出すること。 （3時間）
【授業形態】対面授業、オンデマンド型授業
2 ３次正方行列の簡単な「固有値」と「固有ベクトル」の求め方を学ぶ。
【事前学習】教科書第８章第１節を読み，固有値の定義を確認しておくこと。 （2時間）
【事後学習】第２回宿題（３次正方行列の固有値，固有ベクトルの計算）を解き，翌週提出すること。 （3時間）
【授業形態】対面授業、オンデマンド型授業
3 ３次正方行列の「固有値」と「固有ベクトル」の求め方～固有値が重根の場合～を学ぶ。
【事前学習】前回の講義内容のうち，固有ベクトルの求め方を理解しておくこと。 （2時間）
【事後学習】第３回宿題（３次正方行列の固有値，固有ベクトルの計算）を解き，翌週提出すること。 （3時間）
【授業形態】対面授業、オンデマンド型授業
4 「対角化可能性」の判定法について学ぶ。
【事前学習】教科書第８章第１節を読み，対角化の定義をノートに記載しておくこと。 （2時間）
【事後学習】第４回宿題（３次正方行列の対角化の計算例）を解き，翌週提出すること。 （3時間）
【授業形態】対面授業、オンデマンド型授業
5 対角化の応用（行列のべき，数列の漸化式）について学ぶ。
【事前学習】教科書第８章第３節を読み，対角化の漸化式への応用に目を通しておくこと。また，高校数学で学んだ方法で漸化式を解けるかどうかチャレンジすること(A-5)。 （2時間）
【事後学習】第５回宿題（３項間漸化式の計算例）を解き，翌週提出すること。 （3時間）
【授業形態】対面授業、オンデマンド型授業
6 3次正方行列の「ジョルダン標準形」の求め方を学ぶ。また，発展的な問題へのチャレンジを通して，「挑戦力（A-5）」をスキルアップする。
【事前学習】2次正方行列の「ジョルダン標準形」を復習しておくこと。 （2時間）
【事後学習】第６回宿題（３次正方行列のジョルダン標準形の計算例）を解き，翌週提出すること。 （3時間）
【授業形態】対面授業、オンデマンド型授業
7 中間試験【指定された資料閲覧可能】とその解説（A-3,A-4)
【事前学習】第１～６回の内容を復習しておくこと。 （6時間）
【事後学習】友人と積極的に議論して，解けなかった試験問題を解きなおすこと(A-6, A-8)。 （3時間）
【授業形態】対面授業
8 内積空間（内積・コーシー・シュワルツの不等式）の初歩と, 「グラム・シュミットの直交化法」を用いた正規直交基底の求め方を学ぶ。
【事前学習】教科書第９章第１,２節を読み，高校数学のベクトルの内容を復習しておくこと。 （2時間）
【事後学習】第８回宿題（正規直交基底の計算）を解き， 翌週提出すること。 （3時間）
【授業形態】対面授業、オンデマンド型授業
9 「直交行列による対称行列の対角化」の方法について学ぶ。
【事前学習】第２～４回の講義内容を復習し，対角化の方法を理解しておくこと。 （2時間）
【事後学習】第９回宿題（３次対称行列の直交行列による対角化の計算例）を解き，翌週提出すること。 （3時間）
【授業形態】対面授業、オンデマンド型授業
10 「２次形式」と「２次曲線の標準形」の求め方を学ぶ。
【事前学習】教科書第１０章第１,２節と高校数学IIIの教科書を読み，2次曲線の種類をノートにまとめておくこと。 （2時間）
【事後学習】第１０回宿題（楕円・双曲線の標準形の計算例）を解き，翌週提出すること。 （3時間）
【授業形態】対面授業、オンデマンド型授業
11 「基本行変形」を利用して，「部分空間の次元と基底」の求め方を学ぶ。
【事前学習】線形代数１で学んだ基本行変形について復習しておくこと。 （2時間）
【事後学習】第１１回宿題（数ベクトル空間の部分空間の次元と基底の計算）を解き，翌週提出すること。 （3時間）
【授業形態】対面授業、オンデマンド型授業
12 「線形写像」の具体例と核と像の基底の求め方について学ぶ。
【事前学習】第１１回の講義ノートを良く読み，数ベクトルう空間の部分空間の基底の求め方を理解しておくこと。 （2時間）
【事後学習】第１２回宿題（せんけい写像の核と像の次元と基底の計算）を解き、翌週提出すること。 （3時間）
【授業形態】対面授業、オンデマンド型授業
13 まとめ（グループワークを通して，グラム・シュミットの直交化法，対称行列の対角化の方法の理解を深める）
【事前学習】第８・９回の講義ノートを見直しておくこと。 （2時間）
【事後学習】演習の解説動画を視聴すること。 （3時間）
【授業形態】対面授業
14 まとめ（グループワークを通して，２次曲線，線形写像の核と像の基底の求め方の理解を深める）
【事前学習】第１０・１１・１２回の講義ノートを見直しておくこと。 （4時間）
【事後学習】演習の解説動画を視聴すること。 （3時間）
【授業形態】対面授業
15 期末試験とその解説
【事前学習】第８～１４回の内容を復習し、定理・定義・公式をまとめること。 （2時間）
【事後学習】友人と積極的に議論して，解けなかった問題を解きなおすこと。 （3時間）
【授業形態】対面授業
その他
教科書 渡辺敬一，松浦豊，泊昌孝 『具体例から始める線型代数』 日本評論社 2007年 第1版
参考書 なし
成績評価の方法及び基準 レポート:各回の宿題をレポートとして評価する(25%)、授業内テスト:中間試験，期末試験を行い，その点数を評価する(50%)、授業参画度:予習動画の視聴レポート，演習への参加状況を評価する(25%)
・A-3,A-4の達成度は中間試験，期末試験の解答状況にて判定し，A-5の達成度については課題（レポート、宿題）の提出状況にて判定する。また、A-6の達成度についてはBbでの質問と議論の参加状況にて判定し，自己点検シート（期末試験時に回収）を通してA-8の達成度を確認する。
オフィスアワー Blackboard を通しての質問は直接回答するか，授業日までの資料に解説を載せる。
備考 履修要件ではないが，線形代数１・２を修得していることが望ましい（ただし，復習をするので，充分に理解していなくてもよい）。
Blackboard が使えない学生は事前に申し出ること。
シラバスの内容は学生の皆さんの学修の状況を考慮して、変更することもあります。
また、事前学習・事後学習の時間は目安です。

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