科目名: 物理数学基礎 (01)　Fundamentals of Applied Mathematics

  担当教員: 馬場　昭好 (マイクロ化総合技術センター)　baba@cms.kyutech.ac.jp

            対象分野科目 選択科目 2単位

            1年 後期 火曜5限目  2101講義室

授業の概要

物理数学は科学・工学など全ての学科の基礎となる学問である。数学の基本概念を物理現象と対応させ講義することにより、物理現象を数学という言語で記述できるようになること、さらには方程式の解より物理現象をイメージできるようなることを目的とする。

カリキュラムにおけるこの授業の位置付け

受講にあたっては、他の科目の履修を前提としないが，以下の科目の基礎となる。「基礎物理学I，IIE」、「電磁気学I，II」、「現代物理学I，II」、「電気回路IE，IIE」、「電子回路IE，IIE」、「電子物理」、「半導体工学」、「磁性体工学」、「電子マテリアル工学」、「集積回路設計」、「LSI回路」。

授業項目 (授業計画)

(1)　物理と数学のかかわり

(2)　1変数関数の微分・積分

(3)　多変数関数の積分

(4)　近似計算（テーラー展開）

(5)　近似計算演習

(6)　常微分方程式と物理現象

(7)　中間試験

(8)　ベクトルの基礎

(9)　ベクトル量とスカラー量

(10)　微分演算子・ベクトルの傾き・発散・回転

(11)　偏微分方程式と物理現象（マクセル方程式）

(12)　フーリエ級数展開の基礎

(13)　フーリエ級数展開・変換

(14)　期末試験

授業の進め方

本講義は、上記項目に関連する講義を行う。講義中には質問を行うことで理解力を確かめる。さらに、レポート（宿題）を課す。講義・演習時には積極的な質問を歓迎する。

授業の達成目標 (学習・教育目標との関連)

電子情報工学科の目標(B)に挙げられている「自然科学に対する理解を深め、情報科学、数学、物理学などの基礎学力を育成する。」を達成するために、本講義では次のことを達成目標とする。

(1)　物理現象を数学で記述する方法を理解する。

(2)　数式で記述された方程式および解より物理現象を理解する。

(3)　数式の背景にある考え方を理解する。

成績評価の基準および評価方法

「授業の達成目標（学習・教育目標との関連）」に掲げた(1)?(3)の達成度評価は、講義中の質問における回答(10％)、中間試験の成績(20％)および期末試験の成績(70％)により評価する。

キーワード

微分、積分、テーラー展開、マクローリン展開、ベクトル場、ベクトル解析、フーリエ級数、微分方程式

教科書

特に指定はしない。

参考書

• 長沼伸一郎著：「物理数学の直感的方法（第2版）」（通商産業研究者）
• 一石賢著：「道具としての物理数学」（日本実業出版社）
• 金谷健一著：「これなら分かる応用数学教室-最小二乗法からウェーブレットまで-」（共立出版）

備考

  科目名: 計算機システム II (02)　Computer Systems II

  担当教員: 藤居　　仁 (大学院情報工学研究院電子情報工学研究系)　fujii@cse.kyutech.ac.jp

            情報科目 必修科目 2単位

            1年 後期 月曜4限目  2101講義室

授業の概要

どのようにすれば計算機システムをイメージ通りに動作させることができるかを経験的に理解するために、シングルチップマイクロコンピュータと周辺ハードウエアを組み込んだワンボードマイコンを用いて、種々の演習を行う。3階の学科計算機室などのＰＣを利用して、各自の自由な時間に演習させ、指定した期日までに各自レポートを提出させて評価する。

カリキュラムにおけるこの授業の位置付け

計算機システムIの学習内容を、マイクロコンピュータを例にして、実際のハードウエアに触り、操作することで確認し、動作原理について理解を深める。自由課題に取り組むことで創造力を養う。「論理設計」「論理システム設計」などの授業に続いていく内容である。

授業項目 (授業計画)

(1)　開発環境設定

(2)　ＬＥＤを使った入門課題

(3)　スイッチ入力の利用

(4)　ステップモーター駆動

(5)　ＬＣＤモジュールの制御

(6)　タイマー機能の利用

(7)　割り込み機能の利用

(8)　A/Dコンバータ

(9)　パソコンとのシリアル通信

(10)　応用編

(11)　自由課題

授業の進め方

上記の項目に従って、原則２名で１枚のマイコンボードを用いた演習をする。当学科の計算機演習室を時間の空いている時に利用し、課題に沿ってアセンブラによるプログラムを制作して実行させ、演習の結果をレポートで提出する。

授業の達成目標 (学習・教育目標との関連)

この科目は当学科が掲げる「学習・教育目標」の(B-1-2) 計算機のハードウェアの構成要素やそのしくみを理解している、(C-2-1) ハードウェアとソフトウェアの関係から動作原理を理解している、(D-3) 構想したものを図，式，プログラム等より表現する能力の習得（プログラム等作成能力）を結果的に実現できるものと考えられる。

(1)　実際にマイコンハードウエアに触れ、自分の作ったプログラムを実行させ、検証することでコンピュータの動作原理を理解させる。

(2)　マイクロコンピュータによる電子制御の基礎と応用を通して、物作りへの理解と興味を深めるようにする。

(3)　レポートを毎回提出することによって、文章表現力を修得させる。

成績評価の基準および評価方法

達成目標の(1)-(3)について、全てレポート内容（１４点満点Ｘ７課題）を採点して評価する。全部期限内に提出すれば２点加算され１００点満点になる。提出が遅れた場合は１課題ごとに１点ずつ減点される。レポートはファイルで提出してもらい、他の学生と類似度チェックを行うので、自分独自にレポートを書かないと点数が低く評価される。

キーワード/h3>
マイクロコンピュータ、アセンブラ、コンピュータハードウエア演習

教科書

Web上に公開されているので、自分のPCの画面上にHTMLテキストとPDFファイルで表示できる。

参考書

Web上の情報を検索する。

備考

  科目名: データ構造とアルゴリズム (02)　Data Structure and Algorithm

  担当教員: 川原　憲治 (大学院情報工学研究院電子情報工学研究系)　kawahara@cse.kyutech.ac.jp

            情報科目 必修科目 2単位

            1年 後期 火曜3限目 火曜4限目  端末講義室

授業の概要

授業の前半は、1年前期の「プログラミング」に引続き、C言語を用いたデータ表現方法や関数の作成方法について講義する。後半は、アルゴリズムの評価方法や基本的なデータ構造と探索法やソート法の各種アルゴリズムについて講義する。

カリキュラムにおけるこの授業の位置付け

情報系科目を受講するにあたって必須であるプログラミング能力とアルゴリズムに関する基礎知識の習得を目的とする。前半部は1年前期「プログラミング」に続く内容で、「オペレーティングシステムE」におけるシステムプログラミングのための基礎となり、後半部は「プログラム設計」「アルゴリズム設計E」において展開される高度なアルゴリズム作成における基礎知識の習得を目的とする。

授業項目 (授業計画)

(1)　C言語のプログラミング演習

• 1年前期「プログラミング」の復習
• ポインタの概念
• 関数、再帰
• 構造体
• 標準関数、ファイル処理関数

(2)　データ構造とアルゴリズムに関する講義・演習

• アルゴリズムとその評価
• 配列と連結リスト
• スタックとキュー
• 探索法
• ソート法
• 二分木、ヒープ

授業の進め方

2コマの講義時間を前半と後半に区切り、前半は、教科書および配布資料をもとに講義・説明し、後半は、主に演習に充てる。

授業の達成目標 (学習・教育目標との関連)

この講義は、電子情報工学科の目標(B-1-1)に掲げられている「計算機ソフトウェアを構成するための基本アルゴリズム、データ構造を理解し、プログラミングに用いることができる」ように、講義を通してプログラミングの概念を理解させ、目標(D-3)の「構想したものを図，式，プログラム等より表現する能力の習得」のため、演習を通して問題解決手順（アルゴリズム）をプログラムで表現する能力を習得させることを目指す。具体的には以下の達成目標を掲げる。

(1)　ポインタと構造体を利用したプログラムを理解し作成する。

(2)　関数の概念を理解し、再帰を利用した関数を作成する。

(3)　配列や連結リストによるデータ構造を理解する。

(4)　基本的アルゴリズム（探索、ソート）を理解し、作成する。

成績評価の基準および評価方法

達成目標の(1)と(2)の習熟度をみるために中間試験を、達成目標の(3)と(4)に関して期末(定期)試験を行う。また、授業前半に前回講義内容の小テストを実施し、授業後半の演習を通して(1)から(4)のプログラミング能力を確認するためにレポート提出を義務づける。以上より、中間試験：30％、期末試験：35％、小テスト：20％、レポート：15％の比重で評価する。

キーワード

C言語、プログラミング、関数、ポインタ、構造体、データ構造、アルゴリズム、探索法、ソート法

教科書

• 皆本晃弥著：やさしく学べるＣ言語入門ー基礎から数値計算入門まで（サイエンス社）

参考書

• B.W.カーニハン、D.M.リッチー著、石田晴久訳: プログラムング言語C 第2版(共立出版)
• 千葉 則茂、他:Cアルゴリズム全科 基礎からグラフィクスまで(近代科学社)
• 柴田望洋:定本 明解C言語 第I巻入門編(ソフトバンク)

備考

  科目名: 基礎物理学 II Ｅ (01)　Fundamental Physics IIE

  担当教員: 安田　敬 (大学院情報工学研究院電子情報工学研究系)　yasuda@cse.kyutech.ac.jp

            自然科学科目 必修科目 2単位

            1年 後期 金曜2限目  2101講義室

授業の概要

物理学は全ての科学技術の基礎であり、工学の先端技術を修得し発展させるためには力学・電磁気学・熱力学等の基礎物理学の確固たる知識が必要となる。この科目では、振動現象の力学、光学の基礎、及び熱力学の基礎について講義する。

カリキュラムにおけるこの授業の位置付け

授業項目の振動・波動現象の解析は、基礎物理学Iで修得される力学の応用であり、電磁気学にも関係する。また、熱力学は、3年次の物質工学関連の科目（半導体工学、電子物理、磁性体工学）の基礎となる。基礎物理学Iの履修を前提とする。

授業項目 (授業計画)

(1)　単振動

(2)　減衰振動

(3)　強制振動

(4)　連成振動

(5)　波動方程式とその解

(6)　光の反射と屈折

(7)　熱力学的状態量

(8)　熱力学第1法則

(9)　熱機関の効率

(10)　熱力学第2法則

授業の進め方

上記の項目について主として教科書に即した講義を進める他、小テスト形式の演習を適宜実施する。

授業の達成目標 (学習・教育目標との関連)

この授業は、電子情報工学科の目標（B）「自然科学に対する理解を深め、情報科学、数学、物理学等の基礎学力を育成する」の中の（B-3-1）「力学、振動現象、熱力学、電磁気学の基礎を学び、自然界の物理現象を理解している」に対応する。具体的には以下の項目を目標とする。

(1)　振動現象に対する運動方程式の導出と解法を理解する。

(2)　光の反射・屈折の法則を理解する。

(3)　熱力学の基本法則を理解する。

成績評価の基準および評価方法

上記に掲げる具体的な目標の達成度を、中間試験（上記目標(1),(2)）、期末試験（目標(3)）、及び小テスト（目標(1)-(3)）の成績により総合的に評価する。配点は中間試験：期末試験：小テスト＝ 40％：40％：20％とする。

キーワード

単振動、減衰振動、強制振動、波動方程式、ホイヘンスの原理、熱力学第1法則、熱力学第2法則

教科書

小出昭一郎著：「物理学（三訂版）」（裳華房）

参考書

備考

  科目名: 解析 I (04)　Analysis I

  担当教員: 岡崎　悦明 (大学院情報工学研究院システム創成情報工学研究系)　okazaki@ces.kyutech.ac.jp

            自然科学科目 必修科目 2単位

            1年 後期 月曜5限目  2201講義室

授業の概要

解析Iでは、主に、1変数関数に関する微分積分学の基礎を学ぶ。解析学の基礎的概念である「極限」「収束」「連続性」などを数学的に厳密に定式化した上で、関数の級数展開、極値問題、積分と広義積分などの応用上重要な事項について体系的に学ぶ。

カリキュラムにおけるこの授業の位置付け

上級学年の専門科目を履修する上で、極限、収束、連続性などの解析学の基礎概念を正確に理解しておくことが不可欠となる。また、解析学において展開される厳密な数学的論証のプロセス、特に「無限大」「無限小」などの概念に関係した数学的論証のプロセスは、情報系の学生に要求される抽象的・数学的な思考能力を養う上でも極めて重要である。

授業項目 (授業計画)

(1)　数列と級数の極限、収束条件

(2)　関数の連続性、微分可能性

(3)　1変数関数のテイラー展開、マクローリン展開

(4)　極値問題

(5)　不定積分

(6)　定積分、図形の面積

(7)　微分積分学の基礎定理、平均値の定理

(8)　広義積分

授業の進め方

上記の項目に関する講義と並行して、適宜、演習または小テストを行うこともある。

授業の達成目標 (学習・教育目標との関連)

成績評価の基準および評価方法

期末試験の成績、出席状況などを総合して評価する。

キーワード

教科書

• 一松 信: 解析学序説(上・下)(裳華房)
• 酒井栄一: 微分・積分(上・下)(筑摩書房)

参考書

備考

  科目名: 情報工学基礎実験 I (02)　Fundamental Experiments for Information Science I

  担当教員: 小田部　エドモンド　荘司 (大学院情報工学研究院電子情報工学研究系)　otabe@cse.kyutech.ac.jp

            自然科学科目 必修科目 1単位

            1年 後期 木曜3限目 木曜4限目

授業の概要

物理学、電子工学から選ばれたテーマに関する実験を通して、基本的な計測機器、物理現象の測定法、測定データの整理方法、実験報告書のまとめ方について学ぶ。最初に測定データの整理法について講義があり、レポートをまとめる。その後原則として２週で１テーマを行い、全部で5テーマの実験をする。

カリキュラムにおけるこの授業の位置付け

基礎物理学Iの履修を前提としている。

授業項目 (授業計画)

(1)　ガイダンス

(2)　測定データの取り扱い

(3)　測定の基礎

(4)　測定器の使い方I(ディジタルマルチメータ等)

(5)　測定器の使い方II(オシロスコープ等)

(6)　重力加速度

(7)　力学現象

授業の進め方

第1週目にガイダンスを行う。実験は2-3名で構成する班単位で行うが、実験報告書は各自で個別に作成し提出する。実験指導には、教員・技術職員6名とティーチング・アシスタント6名があたる。

授業の達成目標 (学習・教育目標との関連)

この授業は、電子情報工学科の学習・教育目標(E)に揚げられている「制約条件の下に自ら計画を立てて継続的に学習し、結果をまとめ上げることができる能力を養う」ことを習得するために、物理・工学の現象を実験で観測し、その結果を論理的分析・解析する能力を身につけさせると同時に、電子情報工学などの新しい分野に挑む基礎能力を養うことを目標とする。具体的には以下の項目を目標とする。

(1)　誤差の処理などをはじめ、測定・観測の基礎を理解する。

(2)　基本的な測定器（マイクロメーター、マルチメーター、オシロスコープなど）の使い方を身につける。

(3)　各実験テーマを正しく観測・測定し、そのデータを論理的に分析する能力を養う。

(4)　行った実験を報告書（実験レポート）としてまとめる能力を養う。(総合的学習能力）

(5)　決められたレポート提出期限内でまとめる能力（制約条件下の学習能力）

(6)　課題に自主的に取り組む能力（自主的学習能力）

(7)　計画的に実験をおこなったり、レポートをまとめたりする学習の能力（継続的学習能力）

成績評価の基準および評価方法

提出された実験報告書と実験予習・実験ノートを考慮に入れて総合的に評価する。全ての実験テーマに取り組み、実験報告書を提出することが、単位取得の前提である。またすべてのレポートを提出しても合計点で60点に満たないときには再履修となる。実験に無断欠席することは絶対に認めない。

キーワード

データ処理、測定器、重力加速度、振動現象、電気回路、熱電子

教科書

基礎実験室運営委員会が作成したテキストを使う。参考書についてはテキストの中で紹介されている。

参考書

備考

  科目名: 線形代数 II (02)　Linear Algebra II

  担当教員: 藤原　英徳 (非常勤教員)　fujiwara@fuk.kindai.ac.jp

            自然科学科目 必修科目 2単位

            1年 後期 金曜4限目  2101講義室

授業の概要

線形代数学IIでは、座標変換による行列の対角化、行列の固有値と固有ベクトル、直交変換による対称行列の対角化、2次形式の標準形など、多くの理工系科目において応用される線形代数の基本的事項を理解し、その計算に習熟することを目指す。

カリキュラムにおけるこの授業の位置付け

線形代数Iに引続いて、線形代数学の後半部を学ぶ。

特に、「行列の対角化」と「行列の固有値と固有ベクトル」に関する事項は、線形代数学の中心的テーマであり、同時に、専門科目における線形代数の応用においても最も重要な部分である。

授業項目 (授業計画)

(1)　線形空間と線形写像

(2)　線形写像の表現行列

(3)　線形空間の基底と次元

(4)　「核の次元」定理

(5)　座標系と座標変換

(6)　行列の固有値、固有ベクトル

(7)　固有空間

(8)　内積空間

(9)　正規直交基底

(10)　行列の三角化

(11)　行列の対角化

(12)　直交変換、直交行列による対称行列の対角化

(13)　２次形式とその標準形

授業の進め方

上記の項目に関する講義と並行して、適宜、演習、レポートまたは小テスト等を課すこともある。

授業の達成目標 (学習・教育目標との関連)

この授業は、知能情報工学科の学習・教育目標（D)に掲げられている「数学および自然科学の基礎を幅広く身につけた情報技術者を養成する」ために、線形代数IIの基礎を理解し、計算機科学に取り組む上で必要となるものの見方、および論理的思考を養うことを目標とする。さらに本学科で目標とする「数学と自然科学に関する基礎教育の充実」の達成を目指し、後続の専門科目で必要とされる線形代数の基礎学力および応用力を身につけることを目標とする。具体的には以下の項目を目標とする。

(1)　線形空間の基底、次元の概念を理解する。

(2)　行列の固有値、固有ベクトルについて理解する。

(3)　行列の標準形、特に対角化可能な行列について理解するとともに、その応用行列計算に習熟する。

成績評価の基準および評価方法

上記の具体的目標の達成度を、レポートおよび小テスト等（４０％以下）および期末試験（６０％以上）により評価する。

キーワード

線形空間、線形写像、ベクトル、行列、１次独立、１次従属、部分空間、基底、次元、核、内積、Gram-Schmidtの正規直交化、直交行列、固有値、固有ベクトル、対角化、対称行列、２次形式、標準形、ジョルダンの標準形

教科書

未定

参考書

村上・佐藤・野沢・稲葉：教養の線形代数（培風館）

三宅敏恒：入門線形代数（培風館）

矢ヶ部巌：線形代数（共立出版）

清水和幸：生命システム解析のための数学（コロナ社）

備考

目標達成が不十分な場合、補習を行うことがある。

  科目名: 微分方程式 (02)　Differential Equations

  担当教員: 飯塚　秀明 (ネットワークデザイン研究センター)　

            自然科学科目 選択必修科目 2単位

            1年 後期 水曜4限目  2101講義室

授業の概要

工学の実践的なシステムモデルの多くは、微分方程式と呼ばれる方程式で記述することができる。そのため、微分方程式の解法は、工学の諸問題を解決する重要な手法の一つとなっている。本講義では、特に、１階及び２階常微分方程式と呼ばれるいくつかの方程式の解法について講義する。

カリキュラムにおけるこの授業の位置付け

高校内容の微分積分学の知識があり、線形代数１，２，解析１，２の履修（または履修中）が望ましい。

授業項目 (授業計画)

(1)　さまざまな微分方程式のタイプとその重要性について

(2)　１階常微分方程式（変数分離形）

(3)　１階常微分方程式（変形分離形、同次形）

(4)　１階常微分方程式（同次形、未定係数法）

(5)　１階常微分方程式（未定係数法、定数変形法）

(6)　１階常微分方程式（定数変形法、完全微分法）

(7)　１階常微分方程式　中間テスト

(8)　２階常微分方程式（定数係数同次）

(9)　２階常微分方程式（定数係数同次）

(10)　２階常微分方程式（定数係数高階、定数係数非同次）

(11)　２階常微分方程式（定数係数非同次）

(12)　２階常微分方程式（定数係数非同次）

(13)　２階常微分方程式　中間テスト

(14)　１階及び２階常微分方程式のまとめ（総合演習）

(15)　期末試験

授業の進め方

講義を中心として行い、演習は毎時、行う。中間テストは区切りに行い、全２回実施する。

授業の達成目標 (学習・教育目標との関連)

「学習・教育目標（D）」：微分方程式の解法を通して、自然科学の基礎を幅広く学び、情報工学に応用することのできる情報技術者育成を目標とする。

この授業は、次のことを達成目標とする。

(1)　微分方程式の概念を十分に理解する。

(2)　１階常微分方程式の解法が身に付く。

(3)　２階常微分方程式の解法が身に付く。

成績評価の基準および評価方法

（１）から（３）については中間テスト（２０％）、及び期末試験（８０％）で達成度を評価する。

キーワード

１階常微分方程式、２階常微分方程式、線形微分方程式

教科書

講義開始時に通知する。

参考書

講義開始時に通知する。

備考

  科目名: 解析 II (03)　Analysis II

  担当教員: 吉田　祐治 (非常勤教員)　

            自然科学科目 必修科目 2単位

            1年 後期 月曜4限目  1203講義室

授業の概要

解析Iに引き続き、解析IIでは主に多変数関数に関する微分積分学について学ぶ。

カリキュラムにおけるこの授業の位置付け

解析Iの「位置付け」と同じである。

授業項目 (授業計画)

次の数学概念を理解し計算問題に応用できるようにする。

(1)　多変数関数の極限と連続性

(2)　多変数関数の偏微分

(3)　多変数関数の全微分、テイラー展開

(4)　陰関数の定理、極地問題、条件つき極地問題

(5)　多重積分

(6)　逐次積分、積分の順序交換

(7)　多重積分の変数変換

(8)　体積の計算、表面積の計算

(9)　広義多重積分

授業の進め方

上記の項目に関する講義・演習と並行して適宜、演習または小テストを行うこともある。

授業の達成目標 (学習・教育目標との関連)

本学科が目標とする「数学と自然科学に関する基礎教育の充実」に関わる科目であり、後続の専門科目を学ぶうえで必要となる解析学の基礎を身につけてもらうことを目標とする。（学習・教育目標(C)）

成績評価の基準および評価方法

期末試験および小テストの成績で評価する。

キーワード

極限、連続、偏微分、全微分、テイラー展開、陰関数、極値問題、多重積分、逐次積分、積分順序変換、体積、広義多重積分

教科書

参考書

一松 信: 解析学序説(上・下)(裳華房)
酒井栄一: 微分・積分(上・下)(筑摩書房)
戸田暢茂：理工系の微分積分（学術図書）
高橋泰嗣・加藤幹雄：微分積分概論（サイエンス社）

備考

  科目名: 総合科目 IV (01)　

  担当教員: 小西　直樹 (大学院情報工学研究院電子情報工学研究系)　konishi@cse.kyutech.ac.jp

            対象分野科目 選択科目 2単位

            1年 前期 集中講義等

授業の概要

この授業の概要を記載する。

カリキュラムにおけるこの授業の位置付け

カリキュラムにおけるこの科目の位置、この科目の前提科目、この科目を前提とする後継科目などを記載する。

授業項目 (授業計画)

(1)　 授業進行の流れ（授業計画）に沿って14項目の授業項目を記載する。

(2)　 期末試験を実施する場合は15項目に「期末試験」を記載する。

授業の進め方

授業の形態、試験や演習の実施などに関する事項を記載する。

授業の達成目標 (学習・教育目標との関連)

この科目は対象学科が掲げる「学習・教育目標」の目標（A）～（Z）の内のどの目標をカバーしているか。

この科目は具体的にはどの様な教育目標を達成しようとしているか。

成績評価の基準および評価方法

前項の「達成目標」の達成度をどの様な方法で（試験やレポート等）また各々をどの様な比重で評価するかを記載する。

キーワード

キーワードは必ず記載して下さい。

教科書

参考書

備考