【数理科学特論B】 〈 旧名称:応用数学C 〉
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工学の幅広い分野で使われ,かつ解析上の強力な手段となり得る応用数学の基本的な2つの分野として,複素関数論と変分法を取り挙げ,数学的センスを身に付けることを狙った講義を行なう。
具体的には,複素関数論ではガウス平面の概念から始めて,正則関数とコーシー・リーマンの条件,留数定理まで,変分法では,物理現象に
対する数学モデルの作成に重点を置いて講義し,付帯条件付きの変分問題として所謂等周問題に言及する。 何れも,数学的厳密さに
拘ることなく,力学・流体力学・振動問題などへの適用を念頭に置いた内容である。
目 次
第T部 複 素 関 数 論
ページ
第1章 複 素 数 ・・・・・ 〈 p. 1〜6 〉
§1.1 複素数とガウス平面 ・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・ 1
§1.2 オイラーの公式 ・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・ 2
§1.3 複 素 共 役 ・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・ 2
§1.4 四 則 演 算 ・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・ 2
§1.5 乗法の幾何学 ・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・ 3
§1.6 加法・減法の幾何学と三角不等式 ・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・ 4
§1.7 ド・モアブルの公式とその応用 ・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・ 5
§1.8 n乗根とガウス平面 ・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・ 5
第2章 初等関数と写像 ・・・・・ 〈 p. 7〜12 〉
§2.1 1 次 関 数 ・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・ 7
§2.2 分 数 関 数 1/z ・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・ 7
§2.3 2 次 関 数 ・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・ 8
§2.4 平 方 根 √z ・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・ 10
§2.5 指 数 関 数 ・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・ 10
§2.6 三 角 関 数 ・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・ 11
§2.7 対数関数と多価性 ・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・ 11
§2.8 冪 関 数 zβ ・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・ 12
第3章 複素関数の微分と正則関数 ・・・・・ 〈 p.13〜21 〉
§3.1 導 関 数 ・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・ 13
§3.2 コーシー・リーマンの条件 ・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・ 15
§3.3 コーシー・リーマンの条件の別解釈 ・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・ 17
§3.4 初等関数の導関数 ・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・ 18
§3.5 逆関数の導関数と正則性 ・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・ 19
第4章 複素関数の積分法とコーシーの積分定理 ・・・・・ 〈 p.22〜32 〉
§4.1 複 素 積 分 ・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・ 22
§4.2 線積分と面積分 ・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・ 23
§4.3 コーシーの積分定理 ・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・ 24
§4.4 コーシーの積分公式 ・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・ 26
§4.5 モレラの定理 ・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・ 27
§4.6 フーリエ逆変換の証明 ・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・ 28
§4.7 テイラー展開 ・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・ 29
§4.8 特異点とローラン展開 ・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・ 30
第5章 留数の定理と定積分の計算 ・・・・・ 〈 p.33〜39 〉
§5.1 留数の定理 ・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・ 33
§5.2 定積分の計算 (@) ・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・ 34
§5.3 定積分の計算 (A) ・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・ 36
§5.4 定積分の計算 (B) ・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・ 38
第U部 変 分 法
第6章 変 分 原 理 ・・・・・ 〈 p.40〜47 〉
§6.1 汎関数と許容関数 ・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・ 40
§6.2 変分とオイラーの方程式 ・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・ 40
§6.3 最短曲線と最速降下線 ・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・ 42
§6.4 多くの関数がある場合の変分 ・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・ 46
第7章 付帯条件付き変分問題 ― 等周問題 ― ・・・・・ 〈 p.48〜53 〉
§7.1 等周問題 ・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・ 48
§7.2 多くの関数がある場合の等周問題 ・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・ 49