- 学部・研究科
Faculty/Graduate School - シ
- 時間割コード
Course Code - 62133
- 科目名
Course title
サブテーマ
Subtitle - シミュレーション物理
- 授業形態/単位
Term/Credits - クラス
Class -
- 春/2
- 担任者名
Instructor - 阿部 裕悟
- 曜限
Day/Period - 火2
- 授業概要
Course Description
到達目標
Course Objectives -
授業種別 / Teaching Types
講義（対面型）
言語 / Language
日本語(Japanese)
授業概要 / Course Description
物理学が関与する理学・工学の分野では実験研究と同列の第二の研究手段として数値計算によるシミュレーションが多用されている。本演習では数値シミュレーションを行う上で必須となる基礎知識を学びながら、初級者～中級者レベルのプログラミング技能を習得する。なお、プログラムの作成にあたっては副プログラムを導入するため、二人以上でプログラミングを分担し、グループワークの形式をとる場合がある。これにはシステムエンジニアに必要な素養を養うことも視野に入れている。
一方、本演習では『数値計算基礎』で学んだＣ言語による基礎的なプログラミング技術を十分に習得していることを前提としている。 C言語プログラムに習熟していない場合は実習に大きな支障をきたすので、履修希望者は数値計算基礎の内容を復習しておくこと。またプログラミング技術のみならず、数値計算の背景になっている数学・物理の理論に関しても深い理解が求められる。これまでの力学・電磁気学・量子力学等の講義内容を整理し、その内容を復習しておくことが重要である。
なお、成績評価に際しては、レポートにおける論理展開を最も重視する。単に計算結果を羅列しただけのレポート、または他者の結果を移しただけのレポートは評価対象としない。レポート作成には真摯に取り組むこと。到達目標 / Course Objectives
本講義の達成目標は以下の①～⑧である。
①副プログラムの考え方が理解でき、その活用ができる。
②ポインタの意味を理解し、その活用ができる
③関数の補間法を習得する
④配列を用いた行列演算・連立方程式の解法を習得する
⑤微分方程式の差分解法を習得する
⑥反復・条件分岐等を有機的に組み合わせ、数値計算の理論をプログラミングできる
⑦複数人数でプログラムを分担作成し、それら統合する視点をもつ
⑧gnuplotを利用して計算結果を可視化する
なお本演習科目の学習を通してディプロマポリシー2(DP2)に掲げる「円滑なコミュニケーション能力と将来を構想する力を持ち、"考動力"を身につけ、社会や他者のために、システム理工学にかかる専門性を基盤とした責任ある行動をとることができる」を達成することを目標としている。授業手法 / Teaching Methods
・教員による資料等を用いた説明や課題等へのフィードバック
・学生による学習のふりかえり
・学生同士の意見交換（グループ・ペアワーク、ディスカッション、ディベート等含む）
・課題探究（プロジェクト学習、課題解決型学習、ケーススタディ等含む）
- 授業計画
Course Content -
授業計画 / Course Content
第1回 ガイダンス（物理学にとってのシミュレーションとは）
第2回 乱数計算の復習
第3回 乱数計算を用いた数値積分
第4回 乱数シミュレーションの妥当性
第5回 乱数シミュレーションの統計処理
第6回 方程式の解法と数値計算
第7回 微分方程式の数値解法
第8回 ニュートンの運動方程式１（直線運動：雨滴の落下）
第9回 ニュートンの運動方程式２（直線運動：軟着陸）
第10回 ニュートンの運動方程式３（円運動：人工衛星軌道）
第11回 天動説モデルシミュレーション
第12回 地動説モデルシミュレーション
第13回 ２体問題と３体問題
第14回 連星＋惑星の軌道
第15回 講義まとめ及び最終レポート授業時間外学習 / Expected work outside of class
授業資料・ノート等を読み返し、理解が不十分な箇所に関しては各自参考書を調べるなどして復習をすること。
- 成績評価の方法・基準・評価
Grading Policies /
Evaluation Criteria -
方法 / Grading Policies
定期試験を行わず、平常試験(小テスト・レポート等)で総合評価する。
課題レポート(約54%)、最終レポート(約36%)、平常点（約10%）が目安である(必ずしもこの重みで評価するとは限らない)。基本的には出席点は重視せず、実習時間の就学態度、課題レポートの完成度と提出割合だけで評価する。基準・評価 / Evaluation Criteria・Assessment Policy
各課題の解決へむけたプログラミングを自力で取り組んだか否かが、成績評価の最低基準となる。
- 教科書
Textbooks
-
参考書
References 小高知宏 Cによる数値計算とシミュレーション オーム社 978-4-274-06769-3
三井田惇郎・須田宇宙 数値計算法第３版 森北出版 978-4-627-80154-7
堀之内總一・酒井幸吉・榎園茂 Cによる数値計算法入門(第2版)新装版 森北出版 978-4-627-09383-6
水島二郎・柳瀬眞一郎 理工学のための数値計算法[第２版] 数理工学社 978-4-901683-70-8
福田良之介 ANSI規格準拠 やさしく学べるC言語 森北出版 978-4-627-84311-0
第１回講義時に参考書に関するガイダンスを行う。参考書の購入を考えている場合はガイダンス後の購入をすすめる。独自の課題を使って進めるので、参考書を全て購入する必要は必ずしも無い。
- フィードバックの方法
Feedback Method 必要な場合はLMSの連絡機能によりフィードバックする。
- 担任者への問合せ方法
Instructor Contact LMSのメッセージ機能を使って問い合わせること。
- 備考
Other Comments 他者のレポートを複写する行為は不正行為である。不正行為を発見した場合は評価点はゼロとする。不正行為は厳に慎むこと。