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数値計算入門１

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令和２年度以降入学者 数値計算入門１
令和元年度以前入学者 数値計算入門１
教員名 中島基樹
単位数    2 学年 2～4 開講区分 文理学部
科目群 物理学科
学期 前期 履修区分 選択
授業形態 対面授業
授業の形態 対面授業（11回）と課題研究（4回）を組み合わせる予定である。
Blackboard ID 20231451
授業概要 コンピュータを用いて科学技術計算を行うための数値計算の方法を教え、プログラミング言語の一つである Python によるプログラムの書き方を指導する。
授業のねらい・到達目標 物理法則を具体的に理解するための数値計算の手法と、それをコンピュータで行うための Python のプログラムの書き方を理解する。
基本的な数値計算のプログラムを作成することができる。

新しい問題に取り組む意識を持ち、そのために必要な情報を収集することができる。(A-5-2)
この科目は文理学部(学士(理学))のDP5及びCP5に対応しています。
授業の形式 講義、実習
授業の方法 Blackboardに掲載した講義資料のプログラム例を参考にして、Python を用いてプログラムを作成、実行する。
演習問題プログラムを毎回の講義資料で出題します。提出方法と提出期日は各講義回ごとに指定します。
提出された演習問題プログラムには適宜フィードバックを行う予定です。
体調不良などで出席停止となった場合、blackboardやzoomなどのオンラインツールを用いて課題の提出と質問対応を行います。
本授業の事前・事後学習は、各２時間の学習を目安とします。
履修条件 履修条件は特に設けないが、効率良く予習と復習を行うために自宅にパソコン、またはタブレット端末があることが望ましい。
授業計画
1 ＰＣの操作法、Colab（正式名称「Colaboratory」）の使用方法、及び Python の基本。
【事前学習】シラバスを確認し、全体の講義内容の流れを確認する。自分の Google アカウントで Colab にノートを作成する。 （2時間）
【事後学習】演習プログラムを完成する。 （2時間）
【授業形態】対面授業
2 Python プログラムの入力と実行。
【事前学習】講義資料を読み、プログラム作成の基本事項を確認する。 （2時間）
【事後学習】講義で扱った数学関数を用いた計算をして、出力させる方法を振り返り、第２回目の演習プログラムを完成する。 （2時間）
【授業形態】対面授業
3 Python のデータ型、関数を定義する方法。
【事前学習】講義資料を読み、Python のデータ型の扱い、関数の取扱い方を理解する。 （2時間）
【事後学習】講義で扱った Python の関数の取扱い方について振り返り、第３回目の演習プログラムを完成する。 （2時間）
【授業形態】対面授業
4 条件文を用いたプログラムの書き方。
【事前学習】講義資料を読み、Python で多用する分岐処理を理解する。 （2時間）
【事後学習】講義で扱った分岐処理if文の扱い方について振り返り、第４回目の演習プログラムを完成する。 （2時間）
【授業形態】対面授業
5 繰り返し文を用いたプログラムの書き方。
【事前学習】講義資料を読み、Python で多用する繰り返し処理を理解する。 （2時間）
【事後学習】講義で扱ったfor文とwhile文のプログラムの書き方を振り返り、第５回目の演習プログラムを完成する。 （2時間）
【授業形態】対面授業
6 計算結果をグラフにする方法。
【事前学習】Excelの使い方を復習し、グラフ挿入の手順を確認する。 （2時間）
【事後学習】講義で扱った計算結果をファイルに書き出す方法、エクセルによる計算結果の確認方法を振り返り、第６回目の演習プログラムを完成する。 （2時間）
【授業形態】対面授業
7 差分による微分係数の計算方法。
【事前学習】微分の定義を復習しておく。 （2時間）
【事後学習】講義で前進差分、後退差分、中心差分の考え方、プログラムの書き方を振り返り、第７回目の演習プログラムを完成する。 （2時間）
【授業形態】対面授業
8 ２階微分係数の計算方法。
【事前学習】２階微分の定義を復習しておくこと。 （2時間）
【事後学習】講義で扱った２階微分の数値計算方法を振り返り、第８回目の演習プログラムを完成する。 （2時間）
【授業形態】対面授業
9 台形公式を用いた数値積分法。
【事前学習】講義資料を読み、台形公式について理解する。 （2時間）
【事後学習】講義で扱った台形公式の考え方、プログラムの書き方を振り返り、第９回目の演習プログラムを完成する。 （2時間）
【授業形態】対面授業
10 シンプソン公式を用いた数値積分法。
【事前学習】講義資料を読み、シンプソンの公式について理解する。 （2時間）
【事後学習】講義で扱ったシンプソンの公式の考え方、プログラムの書き方を振り返り、第１０回目の演習プログラムを完成する。 （2時間）
【授業形態】対面授業
11 ２重積分の計算を行うプログラム。
【事前学習】積分の定義を復習しておくこと。 （2時間）
【事後学習】講義で扱った２重積分の数値計算の取扱いについて振り返り、第１１回目の演習プログラムを完成する。 （2時間）
【授業形態】対面授業
12 レポート問題（１）簡単な問題のプログラムを作成する。(A-5-2)
【事前学習】第３回～第８回までの課題を復習しておくこと。 （2時間）
【事後学習】これまで講義で扱った様々なプログラムの動作原理を理解し、レポート問題のプログラムと結果を完成させ、まとめる。 （2時間）
【授業形態】課題研究
13 レポート問題（２）数値積分の基礎問題のプログラムを作成する。(A-5-2)
【事前学習】第９回～第１１回までの課題を復習しておくこと。 （2時間）
【事後学習】これまで講義で扱った様々なプログラムの動作原理を理解し、レポート問題のプログラムと結果を完成させ、まとめる。 （2時間）
【授業形態】課題研究
14 レポート問題（３）数値積分の応用問題のプログラムを作成する。(A-5-2)
【事前学習】第９回～第１１回までの課題を復習しておくこと。 （2時間）
【事後学習】これまで講義で扱った様々なプログラムの動作原理を理解し、レポート問題のプログラムと結果を完成させ、まとめる。 （2時間）
【授業形態】課題研究
15 レポート提出とこれまでの復習・解説を行い授業の理解を深める。
【事前学習】レポート問題のプログラムと結果をまとめておくこと。 （2時間）
【事後学習】できなかった問題をプリントとテキストを見て行う。 （2時間）
【授業形態】課題研究
その他
教科書 使用しない
参考書 杉江日出澄・鈴木淳子 『Ｃ言語と数値計算法』 培風館 2001年 第1版
戸川隼人 『数値計算』 岩波書店 1991年 第1版
なし
成績評価の方法及び基準 レポート:課題研究のレポートの内容により評価します。(30%)、授業参画度:毎回の講義の演習問題プログラムの内容で評価します。対面授業に参加出来ない場合は、オンラインでの提出を受け付ける（要事前連絡）。(40%)、課題研究のレポートのプログラムの書き方、正しく動作するか等を評価します。(30%)
授業参画度について：教育実習や就職活動で講義に参加出来ない場合、必ず事前に教員に連絡して、成績評価対象の演習プログラムの提出方法などについて確認すること。
オフィスアワー Blackboard掲示板やメールにて随時受け付けます。

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