コンピュータ利用化学１及び演習

Computer Technique for AppliedChemistry 1

994233W

42CHZZZ202

庄野　厚

Atsushi SHONO

2024年度前期

2024 First Semester

火曜2限

Tuesday 2nd period

工学部　工業化学科

Department of Industrial Chemistry, Faculty of Engineering

2.0単位

講義

Lecture

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① [対面]対面授業/ [On-site] On-site class

工学的に重要な科学技術計算法について、表計算ソフトウェアあるいはプログラミング言語（Python）を用いた演習を中心にその基本的な考え方を学ぶ。演習は、化学や化学工学に関連した問題を題材を多く取り上げる。また、計算機上における数値の取扱い、データの視覚化等についても概説し、学生実験、演 習等においても役立てられる基本的な能力を養う。

様々なデータの解析に必要となる工学的に重要な科学技術計算法について理解する。また、プログラミング言語（Python）の基本的な文法について理解する。

（１）代数方程式
（２）連立方程式
（３）実験式の構築
（４）微分・積分
（５）微分方程式
について、数値計算による解法や解析手法を身につける。

リンク先の [評価項目と科目の対応一覧]から確認できます（学部対象）。
履修登録の際に参照ください。
​You can check this from “Correspondence table between grading items and subjects” by following the link(for departments).
https://www.tus.ac.jp/fd/ict_tusrubric/​​​

プログラミング言語(Python)の利用した演習に際してGoogle Colaboratory を利用します。そのために、Googleアカウントの取得とChromeの利用できる環境を整えることが必須となります。

小テストの実施　Quiz type test／実習　Practical learning

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ほぼ毎回、その回で行った内容の復習になる宿題を課します。

概ね、講義中に行う課題(25%)、宿題(25%)、試験（もしくはレポート）(50%)から総合的に判断する。

・S：到達目標を十分に達成し、極めて優秀な成果を収めている
・A：到達目標を十分に達成している
・B：到達目標を達成している
・C：到達目標を最低限達成している
・D：到達目標を達成していない
・-：学修成果の評価を判断する要件を欠格している

・S：Achieved outcomes, excellent result
・A：Achieved outcomes, good result
・B：Achieved outcomes
・C：Minimally achieved outcomes
・D：Did not achieve outcomes
・-：Failed to meet even the minimal requirements for evaluation

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教科書および一部の参考書は、MyKiTS (教科書販売サイト) から検索・購入可能です。
​https://mirai.kinokuniya.co.jp/tokyorika/​​​

It is possible to search for and purchase textbooks and certain reference materials at MyKiTS (online textbook store).
​​https://mirai.kinokuniya.co.jp/tokyorika/

特に指定しない。必要に応じて、それぞれの項目に関連した単刊本を参照すること。

1．データと補間法
この講義の概要等について説明するとともに、補間法としてスプライン補間法を例にその原理について学習する。1年時の基礎工業化学及び演習に置いて学んだEXCELによる連立方程式の解法を利用して、実際に与えられたデータから補間曲線の作成ができるようになる。

2. 代数方程式の解法(1)
解析的に解けない代数方程式（たとえば　対数関数と三角関数を組み合わせた方程式など）を数値的に解く方法について学習する。数値解法として挟み撃ち法、ニュートンラフソン法の原理について説明ができるようになる。

3. 代数方程式の解法(2)
ユーザー定義関数について学習し、複雑な関数からなる代数方程式に関して数値微分の考え方を導入してニュートン・ラフソン法で解けるようになる。エクセルに組み込まれているゴール・シークが使えるようになる。

4. 方程式の解法
表計算ソフトに組み込まれているソルバーを用いた方程式の求解法について学ぶ。様々な方程式をソルバーを用いて解くことができるようになる。

5. 数値積分
数値積分の考え方について学習し、区分求積法、台形公式、シンプソン法を用いた数値積分ができるようになる。表計算ソフトに用意されている条件分岐関数等を使うことができるようになる。

6. 数値微分
数値微分の方法として、中心微分法、3点法について理論について学び、数値データの数値微分ができるようになる。また、表計算ソフトにおける対数グラフの作り方、グラフを利用した近似式の導出について学習する。

7. 微分方程式の解法(1)
微分方程式の数値的解析法としてオイラー法の考え方について学び、簡単な１階常微分方程式をオイラー法を用いて解くことができるようになる。

8. 微分方程式の解法(2)
精度よく微分方程式を数値的に解くことができるルンゲ・クッタ法の考え方を学び、２階常微分方程式、連立微分方程式をルンゲクッタ法を用いて解くことができるようになる。


9. プログラムの動作
プログラムについて、グラフィックプログラミングによるプログラムの動作の流れについて学ぶ。プログラムの動作について説明することができるようになる。

10. プログラミングの基礎(1)　変数
プログラミング言語であるPythonを用いて、簡単な四則演算と変数等について学ぶ。変数のルールについて説明することができるようになる。また、変数の計算ができるようになる。

11. プログラミングの基礎(2)　条件分岐
プログラミング言語であるPythonの構文のうち、制御分岐の構文の一つである条件分岐（if文）について学ぶ。条件分岐構文、比較演算子について説明することができるようになる。また、if文を用いた計算ができるようになる。

12. プログラミングの基礎(3) 繰返し①
プログラミング言語であるPythonの繰返し構文のうち while を用いた繰返しについて学ぶ。whileによる繰返し構文、代入演算子について説明ができるようになる。また、while文を用いた計算ができるようになる。

13. プログラミングの基礎(4) 繰返し②
プログラミング言語であるPythonの繰返し構文のうち forを用いた繰返し、多数のデータをまとめて扱うための変数について学ぶ。forによる繰返し構文、リストやタプルについて説明ができるようになる。また、for文を用いた繰返し処理ができるようになる。

14. プログラミングの基礎(5)　関数
プログラミング言語であるPytyonの関数について学ぶ。関数の構造や使い方について説明ができるようになる。自分で関数を作成すること、標準で準備されている関数（クラスを含む）を呼び出して使用することができるようになる。

15. 達成度評価と解説　
これまでの理解度を試験により評価する

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Microsoft Excel

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