シラバス情報

教員名 ： 塚原　隆裕
科目授業名称（和文）　Name of the subject/class (in Japanese)
プログラミング２
科目授業名称（英文）　Name of the subject/class (in English)
Programming 2
授業コード　Class code
9975308
科目番号　Course number
75BAINP221

教員名
髙橋　昭如、塚原　隆裕
Instructor
Takahiro TSUKAHARA, Akiyuki TAKAHASHI

開講年度学期
2024年度前期
Year/Semester
JFY2024, 1st
曜日時限
水曜2限
Class hours
Wednesday 2nd Period

開講学科・専攻　Department
創域理工学部　機械航空宇宙工学科

Department of Mechanical and Aerospace Engineering, Faculty of Science and Technology
単位数　Course credit
2.0単位
授業の方法　Teaching method
講義

Lecture
外国語のみの科目（使用言語）　Course in only foreign languages (languages)
-
授業の主な実施形態　Main class format
① [対面]対面授業/ [On-site] On-site class

概要　Description
多くの物理現象は一般に偏微分方程式で表現することができる．その数値解法として，有限要素法，境界要素法，有限差分法があるが，いずれも最終的に多元連立一次方程式を解く問題に帰着する。このような数値解析の基礎である非線形問題の解法，連立一次方程式の解法，離散化手法について学び，計算機上で数値的に解く実習をする．
Many physical phenomena may generally be expressed by partial differential equations. Numerical methods for solving them include the finite element method, the boundary element method, and the finite difference method, all of which ultimately come down to the problem of solving multiple linear simultaneous equations. Students will learn about the solution methods for nonlinear problems, simultaneous linear equations, and discretization methods, which are the basis of numerical analysis, and practice solving these problems numerically on a computer.
目的　Objectives
非線形問題の解法，連立一次方程式の解法，離散化手法とその解法について講義を通じて理解する．実習を行うことによってこれらの解法のプログラムを理解し，例題解析を行うことで，これらの解法の特性について理解する．
本学科のディプロマポリシー「2．機械航空宇宙工学分野で必要な基礎学力と、その上に立つ専門知識。」に該当する科目である．
Students will learn how to solve nonlinear problems, linear systems of equations, and discretization methods and their solutions through lectures. Students will understand the programs of these solution methods through practical training, and understand the characteristics of these solution methods by analyzing examples. This course corresponds to the department's diploma policy (2). in the Department of Mechanical and Aerospace Engineering.
到達目標　Outcomes
  1. 非線形問題を二分法やニュートン法を用いて計算機上で数値的に解くことができる．
  2. 連立一次方程式を直接法を用いて計算機上で数値的に解くことができる．
  3. 連立一次方程式を反復法を用いて計算機上で数値的に解くことができる．
  4. 偏微分方程式を数値差分法を用いて離散化することができる．さらに計算機上で適当な境界条件の下で数値的に解くことができる．

  1. To solve nonlinear problems numerically on a computer using the bifurcation or Newton's method.
  2. To solve linear systems numerically on a computer using the direct method.
  3. To solve linear systems numerically on a computer using the iterative method.
  4. To discretize partial differential equations using finite difference methods and to solve them numerically on a computer under appropriate boundary conditions.

卒業認定・学位授与の方針との関係（学部科目のみ）
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/​​​
履修上の注意　Course notes prerequisites
プログラミング１を履修していることが望ましい。
アクティブ・ラーニング科目　Teaching type（Active Learning）
課題に対する作文　Essay／小テストの実施　Quiz type test／グループワーク　Group work
-

準備学習・復習　Preparation and review
講義に続いて実習を行う．講義の前に指定した教科書を事前に読むこと．講義の内容を良く復習し，理解してから実習に臨むこと．
The lecture will be followed by hands-on practice. Students are expected to read the assigned textbook before the lecture. Students are expected to review and understand the contents of the lectures well before the practical training.
成績評価方法　Performance grading policy
各実習課題についてレポートを作成し、実習終了後に提出する。全てのレポートが提出されている事を前提にして、レポートの内容により評価する。また，LETUSなどを用いた理解度確認テストを複数回実施し、評価する．
A report on each practice is to be prepared and submitted after the completion of the practical training. Evaluation will be based on the content of the reports, assuming that all reports have been submitted. Tests using LETUS will be administered and evaluated.
学修成果の評価　Evaluation of academic achievement
・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

教科書　Textbooks/Readings
教科書の使用有無（有=Y , 無=N）　Textbook used(Y for yes, N for no)
Y
書誌情報　Bibliographic information
河村哲也，「数値計算入門〔新訂版〕」，サイエンス社 (2018)
MyKiTSのURL（教科書販売サイト）　URL for MyKiTS(textbook sales site)
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/

参考書・その他資料　Reference and other materials
皆本晃弥，「C言語による数値計算入門」，サイエンス社 (2005)
ストラング ギルバート (著), 日本応用数理学会 (翻訳)，「世界標準MIT教科書 ストラング：計算理工学」，近代科学社 (2017)

授業計画　Class plan
１．数値計算の基礎 　　
　数値計算の基礎や現代の数値計算の役割について理解する．

２．非線形方程式の数値解法(1）
　２分法とニュートン法の原理について理解する．

３．非線形方程式の数値解法(2)
　２分法を用いた数値計算の実習をする．２分法の特性について理解する．

４．非線形方程式の数値解法(3)
　ニュートン法を用いた数値計算の実習をする．ニュートン法の特性について理解する．

５．連立１次方程式の解法・直接法(1)　　
　ガウスの消去法，LU分解法，変形コレスキー法の原理について理解する．

６．連立１次方程式の解法・直接法(2)
　ガウスの消去法を用いた数値計算の実習をする．

７．連立１次方程式の解法・直接法(3)
　LU分解法を用いた数値計算の実習をする．
　　
8．連立１次方程式の解法・反復法(1)
　ガウス・ザイデル法，SOR法，共役勾配法の原理を理解する．

9．連立１次方程式の解法・反復法(2)
　ガウス・ザイデル法を用いた数値計算の実習をする．

１0．連立１次方程式の解法・反復法(3)　　
　SOR法を用いた数値計算の実習をする．

１1．連立１次方程式の解法・反復法(4)　　
　共役勾配法を用いた数値計算の実習をする．

１2．数値微分法(1)
　数値微分法の原理を理解する．

１3．数値微分法(2)
　数値微分を用いた非定常問題の数値解析の実習をする．

１4．数値微分法(3)
　数値微分を用いた移流問題の数値解析の実習をする．

１5．数値微分法(3)
　数値微分を用いた拡散問題の数値解析の実習をする．

授業担当者の実務経験　Work experience of the instructor of the class
-
教育用ソフトウェア　Educational software
Mathematica／MATLAB/Simulink／COMSOL Multiphysics
-

備考　Remarks

授業でのBYOD PCの利用有無　Whether or not students may use BYOD PCs in class
Y
授業での仮想PCの利用有無　Whether or not students may use a virtual PC in class
Y