理工学部Faculty of Science and Engineering
MAT200XF(数学 / Mathematics 200)複素関数論(経営)Complex Functions
神谷 亮Ryo KAMIYA
授業コードなどClass code etc
学部・研究科Faculty/Graduate school | 理工学部Faculty of Science and Engineering |
添付ファイル名Attached documents | |
年度Year | 2022 |
授業コードClass code | H6780 |
旧授業コードPrevious Class code | |
旧科目名Previous Class title | |
開講時期Term | 秋学期授業/Fall |
曜日・時限Day/Period | 木2/Thu.2 |
科目種別Class Type | |
キャンパスCampus | 小金井 |
教室名称Classroom name | 各学部・研究科等の時間割等で確認 |
配当年次Grade | |
単位数Credit(s) | |
備考(履修条件等)Notes | |
他学部公開科目Open Program | |
他学部公開(履修条件等)Open Program (Notes) | |
グローバル・オープン科目Global Open Program | |
成績優秀者の他学部科目履修制度対象Interdepartmental class taking system for Academic Achievers | ○ |
成績優秀者の他学部科目履修(履修条件等)Interdepartmental class taking system for Academic Achievers (Notes) | 教員の受講許可が必要です。学習支援システムに仮登録したうえで、授業内掲示板にて許可を得ること。 |
実務経験のある教員による授業科目Class taught by instructors with practical experience | |
SDGsCPSDGs CP | |
アーバンデザインCPUrban Design CP | |
ダイバーシティCPDiversity CP | |
未来教室CPLearning for the Future CP | |
カーボンニュートラルCPCarbon Neutral CP | |
千代田コンソ単位互換提供(他大学向け)Chiyoda Campus Consortium | |
カテゴリー<理工学部>Category |
経営システム工学科 学科専門科目 |
すべて開くShow all
すべて閉じるHide All
Outline (in English)
(Course outline)
A complex function is a function that takes a complex number as a variable and returns a complex number. Differentiability is also defined for complex functions using limits, and in particular, complex functions that are differentiable at each point are called regular functions. For example, a regular function can be expanded into a power series at each point, and the behavior of the function as a whole can be determined by the value of the function near a point in the domain.
By extending the domain of a function to the world of complex numbers, the properties of the function often become clearer than if it were considered only in the world of real numbers. For example, the integrals of definite integrals of real functions, which used to be complicated and technical, can be calculated surprisingly easily by using the information of singularities in the complex domain.
In this lecture, we would like to learn the basic and important properties of complex functions, including the properties mentioned above, and to be able to understand and calculate the differential and integral of complex univariate functions.
(Learning Objectives)
(1) Understand the representation and calculation rules of complex numbers.
(2) To be able to calculate the values and limits of basic complex functions including rational, trigonometric, and exponential functions.
(3) Understand the definitions of basic terms such as
regularity, complex analyticity, complex line integral, isolated singularity, and residue.
(4) Understand important properties related to regularity (Cauchy-Riemann relation, Cauchy's integral theorem, Cauchy's integral formula, residue theorem, etc.) and be able to use them in specific settings.
(5) To be able to integrate real functions by using the residue theorem.
(Learning activities outside of classroom)
Before/after each class meeting, students will be expected to spend four
hours to understand the course content.
Students are encouraged to prepare for the textbook and solve the
exercises (or assignments) corresponding to the previous lesson.
(Grading Criteria)
Your overall grade in the class will be decided based on the following:
Short reports 30%, Term-end examination 70%.
授業で使用する言語Default language used in class
日本語 / Japanese
授業の概要と目的(何を学ぶか)Outline and objectives
複素関数とは、複素数を変数とし、複素数値を返す関数のことである。複素関数に対しても極限を用いて微分可能性が定義されるが、特に各点で微分可能である複素関数を正則関数と呼ぶ。正則性は「各点で微分可能である」というだけの性質であるが、実数の場合と異なり実はとても強い条件であり、例えば、正則関数は各点でべき級数に展開できたり、領域の一点の近くの関数の値だけで、全体での振る舞いが決まってしまう。
関数の定義域を複素数の世界にまで拡げることにより、実数の世界でだけ考えていたときよりも関数の特性が明確になることも多い。例えば、煩雑であったり技巧的であったりした実関数の定積分の積分も、複素領域における特異点の情報を利用することにより、驚くほど簡単に計算できたりする。
この講義では、上に述べた性質を含む複素関数の基本的かつ重要な性質を学び、複素数の一変数関数の微分積分を理解し計算できるようになりたい。
到達目標Goal
(1)複素数の表し方と計算規則を理解する。
(2)有理関数、三角関数、指数関数をはじめ、基本的な複素関数の値や極限を計算できる。
(3)正則性、複素解析性、複素線積分、孤立特異点、留数など、基本的な用語の定義を理解する。
(4)講義で扱う、正則性と関係する重要な性質(コーシー・リーマンの関係式、コーシーの積分定理、コーシーの積分公式、留数定理など)を理解し、具体的な設定のもとで利用できる。
(5)留数定理の利用により、実関数の積分を行える。
この授業を履修することで学部等のディプロマポリシーに示されたどの能力を習得することができるか(該当授業科目と学位授与方針に明示された学習成果との関連)Which item of the diploma policy will be obtained by taking this class?
ディプロマポリシーのうち、「DP1」と「DP2」と「DP4」に関連
授業で使用する言語Default language used in class
日本語 / Japanese
授業の進め方と方法Method(s)(学期の途中で変更になる場合には、別途提示します。 /If the Method(s) is changed, we will announce the details of any changes. )
複素数の性質、複素関数、複素関数の微分(指数関数,三角関数,対数関数)、コーシーの積分定理と積分公式、整級数展開(テーラー展開)、ローラン展開、留数定理とその応用を主に講義する。授業は講義と演習を組み合わせる。
資料配布・課題の提出・フィードバックは学習支援システムを通じて行う。
アクティブラーニング(グループディスカッション、ディベート等)の実施Active learning in class (Group discussion, Debate.etc.)
なし / No
フィールドワーク(学外での実習等)の実施Fieldwork in class
なし / No
授業計画Schedule
授業形態/methods of teaching:対面/face to face
※各回の授業形態は予定です。教員の指示に従ってください。
第1回[対面/face to face]:複素数と四則演算
複素数の四則演算、共役複素数、絶対値、複素平面について説明する。
第2回[対面/face to face]:複素数の極形式、複素数における極限
複素数の極形式、偏角の性質、ド・モアブルの定理を説明する。
また、複素数における極限概念を導入する。
第3回[対面/face to face]:複素関数の導入、複素微分と正則性
複素関数の微分を定義し、コーシー・リーマンの方程式を導く。
第4回[対面/face to face]:基本的な正則関数とオイラーの公式
複素関数としての指数関数や三角関数を定義し、それらを含むいくつかの複素関数について、コーシーリーマンの関係式を用いてその正則性を調べる。
第5回[対面/face to face]:複素関数の積分
線積分、複素関数の積分を定義しその計算を行う。次の回のコーシーの積分定理についての導入も行う。
第6回[対面/face to face]:コーシーの積分定理
グリーンの定理を用いてコーシーの積分定理を導く。正則関数の複素積分が積分路に依らないことを説明し、その応用についても説明する。
第7回[対面/face to face]:コーシーの積分公式
コーシーの積分公式を学び、積分路変形の原理を用いて様々な複素積分を計算できるようになったことを学ぶ。
第8回[対面/face to face]:べき級数と複素解析関数
べき級数の収束半径について説明し、収束円板における正則性と項別微分定理を導く。また、複素解析性を定義する。
第9回[対面/face to face]:複素解析関数の性質
複素解析性と正則性の同値性を学ぶ。
コーシーの積分公式のより一般的な形を学ぶ。
第10回[対面/face to face]:ローラン展開
孤立特異点をもつ複素関数のローラン展開を述べ、その計算例を与える。
第11回[対面/face to face]:孤立特異点の分類と留数定理
孤立特異点の分類と留数定理を説明する。
第12回[対面/face to face]:留数定理の応用例(簡単な適用、有理関数の積分)
留数定理の適用例を考察する。その中で、有理関数の広義積分を扱う。
第13回[対面/face to face]:留数定理の応用例
有理関数に限らないいくつかの実関数の広義積分を学ぶ。
第14回[対面/face to face]:まとめ
これまでに学んだ複素関数論の全体像を確認する。
授業時間外の学習(準備学習・復習・宿題等)Work to be done outside of class (preparation, etc.)
本授業の準備・復習等の授業時間外学習は、4時間を標準とする。
大学ですでに学んだ微分積分学を復習しておく。
特に、マクローリン展開は、関数が与えられたときにスムーズに行えることが望ましい。e^x, sin x, 1/(1-x)のマクローリン展開は(何度か自身で導いた結果として)覚えていることが望ましい。
各回の復習は、以下の要領で行う。
(1)講義で学んだ用語の定義を説明できるようにする。
(2)講義で扱った命題・定理の主張を説明できるようにする。定理の利用例を挙げてみる。
(3)講義資料に記載の演習問題に取り組む。
テキスト(教科書)Textbooks
講義資料を学習支援システムで配布する。
参考書References
「理工系の数理 複素解析」谷口健二・時弘哲治 共著(裳華房、2013年)
その他の参考書は、講義資料内で適宜紹介する。
成績評価の方法と基準Grading criteria
課題点30%、期末試験70%を基本に成績評価を行う。
学生の意見等からの気づきChanges following student comments
前年度は厳密さを重視しすぎたかもしれない。
一部の定理について証明の詳細を講義中には述べないことにし(講義資料まで見れば概ねフォローできるようにするが、講義中には述べない、ということである)、複素関数論の重要事項と積分への応用法を押さえることを第一に講義したい。
学生が準備すべき機器他Equipment student needs to prepare
資料配布・課題提出等のために学習支援システム等を利用する。
その他の重要事項Others
質問は授業中またはその前後に直接、および随時メールで受け付けます。
「~の計算法がよく分かっていないので方針をもう一度説明してほしい」、「定理の気持ち分からないので、詳しく教えてほしい」、などの要望も歓迎しますが、後々に回るとお互い辛いので、できる限り早い段階で要望を提示してください。