Рабочая программа по дисциплине «Математика» для студентов, обучающихся по направлению подготовки 11.03.01 (210400.62) Радиотехника
Министерство образования и науки РФ
Федеральное государственное автономное образовательное учреждение
высшего профессионального образования
ВОЛГОГРАДСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ УНИВЕРСИТЕТ
Институт Математики и информационных технологий
УТВЕРЖДЕНО УЧЕНЫМ СОВЕТОМ Протокол № 1 от « 4 » февраля 2014 г. Директор физико-технического института __________________________ К. М. Фирсов «__» _______ 2014 г. | УТВЕРЖДАЮ Заведующий кафедрой Информационных системи компьютерного моделированияд. ф.-м. н., профессор А. В. Хоперсков «______»_______________2014г. |
РАБОЧАЯ ПРОГРАММА
по дисциплине «Математика»
для студентов, обучающихся по направлению подготовки
11.03.01 (210400.62) Радиотехника
Автор: С. С. Храпов, к. ф.-м. н., доцент
А. В. Пак, к. ф.-м. н.
Волгоград, 2014
1. Цели и задачи учебной дисциплины
Цель курса и строгое представление об элементах высшей математики, типичных задачах и методов их решения, основных теоремах и методов их доказательства.
Студент должен знать: понятие и свойства вещественных чисел, основные положения аналитической геометрии на плоскости, основные положения аналитической геометрии в пространстве, элементы высшей алгебры, основные свойства рядов, свойства и методы решения дифференциальных уравнений, определения основных величин теории вероятности и математической статистики - событие, вероятность, независимость, некоррелированность, функция распределения, вариационный ряд, матожидание, дисперсия, выборка, среднее арифметическое, групповое среднее и дисперсия, коэффициент корреляции, корреляционное отношение, критерий согласия, погрешность измерения, ошибка репрезентативности, состоятельность, эффективность и несмещенность оценки, а также классификацию измерений и погрешностей, основные источники погрешностей и методы обработки данных, параметры основных распределений, теоремы Чебышева и Бернулли, формулы Байеса и полной вероятности.
Связь дисциплины с другими дисциплинами специальности: данный курс опирается на знания и умения, полученные студентами в рамках среднего общего образования.
2. Требования к уровню освоения содержания дисциплины
В результате изучения дисциплины студент должен уметь: решать стандартные задачи аналитической геометрии на плоскости и в пространстве основные дифференциальные уравнения и приводить их к стандартному виду, основные задачи высшей алгебры, находить математическое ожидание и дисперсию случайной величины по аналитическому распределению и по вариационному ряду, строить функциональные и корреляционные зависимости методом наименьших квадратов и по принципу максимального правдоподобия, строить закон распределения по заданному вариационному ряду, оценивать значимость расхождения средних и дисперсий, доверительный интервал при заданной вероятности и необходимый объем выборки.
В результате изучения дисциплины студент должен овладеть следующими компетенциями:
№ п/п | Компетенция, формируемые в результате освоения дисциплины |
ОК-10 | способность использовать основные законы естественнонаучных дисциплин в профессиональной деятельности, применять методы математического анализа и моделирования, теоретического и экспериментального исследования |
ПК-1 | способность представлять адекватную современному уровню знаний научную картину мира на основе знания основных положений, законов и методов естественных наук и математики |
ПК-2 | способность выявлять естественнонаучную сущность проблем, возникающих в ходе профессиональной деятельности, привлекать для их решения соответствующий физико-математический аппарат |
ПК-5 | способность владеть основными приемами обработки и представления экспериментальных данных |
3. Объем дисциплины и виды учебной работы
| Вид учебной работы | Всего часов | семестр | |||
| 1 | 2 | 3 | 4 | ||
Общая трудоемкость дисциплины | 432 | 164 | 164 | 164 |
| |
Аудиторные занятия | 204 | 68 | 68 | 68 |
| |
Лекции | 102 | 34 | 34 | 34 |
| |
Практические занятия (ПЗ) |
| |||||
Семинары (С) | 102 | 34 | 34 | 34 |
| |
Лабораторные работы (ЛР) |
| |||||
и (или) другие виды аудиторных занятий |
| |||||
Самостоятельная работа | 228 | 76 | 76 | 76 |
| |
Курсовой проект (работа) |
| |||||
Расчетно-графические работы |
| |||||
Реферат |
| |||||
и (или) другие виды самостоятельной работы |
| |||||
Вид итогового контроля (зачет, экзамен) | З | Э |
| |||
Внеаудиторная самостоятельная работа студента включает в себя работу с учебниками, методическими указаниями, выполнение домашних и индивидуальных заданий.
В течение семестра осуществляется текущий контроль знаний студентов в виде проверки домашнего задания и проведения самостоятельных работ. Промежуточный контроль осуществляется в виде проведения контрольных работ. Предусмотрено три контрольных работы. По контрольным работам студент может набрать до 30 баллов в семестре. кроме того на семинарах студент имеет возможность заработать 4-5 баллов. На экзамене студент может набрать 40 баллов.
Критерии оценок на экзамене
Баллы, набранные в семестре и на экзамене | Итоговая оценка |
0-59 | неудовлетворительно |
60-70 | удовлетворительно |
71-90 | хорошо |
91-100 | отлично |
4. Содержание дисциплины
4.1. Разделы дисциплины и виды занятий
№ п/п | Раздел дисциплины | Лекции | ПЗ (или С) | Сам. раб. |
1 | Числовые системы | 2 | 2 | 6 |
2 | Функции действительной переменной | 2 | 2 | 6 |
3 | Числовые последовательности | 2 | 2 | 6 |
4 | Предел и непрерывность функций | 2 | 2 | 6 |
5 | Дифференцирование функции одного переменного | 2 | 2 | 6 |
6 | Дифференциал функции одного переменного | 2 | 2 | 6 |
7 | Дифференциальное исчисление функции одного переменного | 2 | 2 | 6 |
8 | Исследование функций | 2 | 2 | 6 |
9 | Анализ плоских кривых | 2 | 2 | 6 |
10 | Дифференциальное исчисление функции многих переменных | 3 | 3 | 6 |
11 | Неопределенный интеграл | 2 | 2 | 6 |
12 | Интегрирование элементарных функций | 2 | 2 | 6 |
13 | Определенный интеграл | 2 | 2 | 6 |
14 | Геометрические приложения определенного интеграла | 2 | 2 | 6 |
15 | Криволинейные интегралы | 2 | 2 | 6 |
16 | Двойные интегралы | 2 | 2 | 6 |
17 | Тройные интегралы | 3 | 3 | 6 |
18 | Поверхностные интегралы | 2 | 2 | 6 |
19 | Числовые ряды | 2 | 2 | 6 |
20 | Функциональные последовательности и ряды | 2 | 2 | 6 |
21 | Гармонический анализ | 2 | 2 | 6 |
22 | Векторная алгебра | 2 | 2 | 6 |
23 | Векторный анализ | 2 | 2 | 6 |
24 | Линейная алгебра | 2 | 2 | 6 |
25 | Линейные уравнения | 2 | 2 | 6 |
26 | Аналитическая геометрия | 2 | 2 | 6 |
27 | Обыкновенные дифференциальные уравнения | 3 | 3 | 6 |
28 | Дифференциальные уравнения высшего порядка. | 2 | 2 | 6 |
29 | Краевые задачи | 2 | 2 | 6 |
30 | Дифференциальные уравнения радиотехнических систем | 2 | 2 | 6 |
31 | Уравнения математической физики | 2 | 2 | 6 |
32 | Уравнения гиперболического типа | 2 | 2 | 6 |
33 | Уравнения параболического типа | 2 | 2 | 6 |
34 | Уравнения эллиптического типа | 2 | 2 | 6 |
35 | Интегральные уравнения | 2 | 2 | 6 |
36 | Теория аналитических функций | 2 | 2 | 6 |
37 | Операционное исчисление | 2 | 2 | 6 |
38 | Вариационное исчисление | 2 | 2 | 6 |
39 | Вероятность | 3 | 3 | 6 |
40 | Последовательности испытаний | 2 | 2 | 6 |
41 | Дискретные случайные величины | 2 | 2 | 6 |
42 | Непрерывные случайные величины | 2 | 2 | 6 |
43 | Закон больших чисел. Теорема Ляпунова | 2 | 2 | 6 |
44 | Вариационные ряды | 2 | 2 | 6 |
45 | Выборочный метод | 2 | 2 | 6 |
46 | Законы распределения | 2 | 2 | 6 |
47 | Корреляционный метод | 2 | 2 | 8 |
48 | Ошибки при измерениях | 2 | 2 | 8 |
49 | Численные методы | 2 | 2 | 8 |
4.2. Содержание разделов дисциплины
1. Числовые системы.
Натуральные, целые и рациональные числа. Действительные числа. Комплексные числа
Операции над комплексными числами. Тригонометрическая форма комплексного числа. Основная теорема алгебры.
2. Функции действительной переменной.
Задание функции. Элементарные функции и их графики. Построение графиков функций.
3. Числовые последовательности.
Основные определения. Предел последовательности. Бесконечно большие и бесконечно малые. Теоремы о пределах. Монотонные последовательности. Число е, натуральные логарифмы.
4. Предел и непрерывность функций.
Определение предела функции. Теоремы о пределах функций. Бесконечно большие и бесконечно малые функции. Непрерывные функции. Свойства функций, непрерывных на отрезке.
5. Дифференцирование функции одного переменного.
Производная функции. Основные правила дифференцирования. Производные основных функций. Физический и геометрический смысл производной. Производные высших порядков.
6. Дифференциал функции одного переменного.
Определение дифференциала. Свойства дифференциала. Дифференциалы высших порядков.
7. Дифференциальное исчисление функции одного переменного.
Теоремы о среднем. Раскрытие неопределенностей. Формула Тейлора
8. Исследование функций.
Возрастание и убывание функций. Экстремумы функций. Выпуклость, вогнутость и точки перегиба функций. Интерполирование функций.
9. Анализ плоских кривых.
Асимптоты плоских кривых. Параметрические уравнения кривых. Кривизна, радиус и центр кривизны.
10. Дифференциальное исчисление функции многих переменных.
Предел и непрерывность функций многих переменных. Частные производные. Дифференциал функции многих переменных. Производные сложных и неявных функций. Частные производные и дифференциалы высших порядков.
11. Неопределенный интеграл.
Первообразная. Свойства неопределенного интеграла. Замена переменной в неопределенном интеграле. Интегрирование по частям.
12. Интегрирование элементарных функций.
Интегрирование дробей. Интегрирование рациональных функций. Интегрирование тригонометрических выражений. Интегрирование иррациональных функций. Интегралы, не выражающиеся через элементарные функции.
13. Определенный интеграл.
Интегральная сумма. Условия существования определенного интеграла. Свойства определенного интеграла. Формула Ньютона – Лейбница. Вычисление определенных интегралов. Несобственный интеграл.
14. Геометрические приложения определенного интеграла.
Площадь плоской фигуры. Объем тела. Длина дуги кривой. Дифференциал переменной длины дуги. Площадь поверхности вращения.
15. Криволинейные интегралы.
Криволинейный интеграл первого рода. Криволинейный интеграл второго рода. Контурный и параметрический интегралы.
16. Двойные интегралы.
Определение и свойства двойного интеграла. Вычисление двойных интегралов. Формула Грина – Остроградского. Замена переменных в двойном интеграле.
17. Тройные интегралы.
Определение и свойства тройного интеграла. Вычисление тройных интегралов.
18. Поверхностные интегралы.
Поверхностный интеграл первого рода. Поверхностный интеграл второго рода. Формула Гаусса – Остроградского. Формула Стокса.
19. Числовые ряды.
Сходящиеся ряды. Знакопостоянные числовые ряды. Знакопеременные ряды. Ряды с комплексными членами.
20. Функциональные последовательности и ряды.
Сходимость и равномерная сходимость. Свойства равномерно сходящихся последовательностей и рядов. Степенные ряды. Ряд Тейлора. Функции комплексной переменной.
21. Гармонический анализ.
Тригонометрический ряд Фурье. Комплексная форма ряда Фурье. Интеграл Фурье. Обобщенные функции.
22. Векторная алгебра.
Скаляры и векторы. Скалярное произведение. Векторное произведение. Смешанное и двойное векторное произведения.
23. Векторный анализ.
Векторные функции. Скалярные и векторные поля. Градиент скалярного поля. Дивергенция векторного поля. Ротор векторного поля. Операторы Лапласа и Гамильтона, градиент векторного поля.
24. Линейная алгебра.
Линейные пространства. Матрицы. Определители.
25. Линейные уравнения.
Системы линейных уравнений. Решение систем линейных уравнений. Матричные уравнения.
26. Аналитическая геометрия.
Уравнения плоских линий, прямая. Кривые второго порядка. Поверхности, плоскость и прямая в пространстве. Поверхности второго порядка.
27. Обыкновенные дифференциальные уравнения.
Дифференциальные уравнения в физике и технике. Существование и единственность решения дифференциального уравнения. Дифференциальные уравнения первого порядка, интегрируемые в квадратурах. Уравнения первого порядка, не разрешенные относительно производной. Особые точки и особые решения.
28. Дифференциальные уравнения высшего порядка.
Существование и единственность решения. Уравнения, допускающие понижение порядка. Линейные однородные дифференциальные уравнения. Линейные уравнения высшего порядка с постоянными коэффициентами. Неоднородные линейные уравнения. Нормальные системы дифференциальных уравнений.
29. Краевые задачи.
Граничные условия. Неоднородная краевая задача. Задача на собственные значения.
30. Дифференциальные уравнения радиотехнических систем.
Колебательные процессы. Теория устойчивости. Уравнение Бесселя. Интеграл Дюамеля.
31. Уравнения математической физики.
Уравнения в частных производных. Задача Коши для уравнения первого порядка. Квазилинейные уравнения второго порядка. Фундаментальные решения.
32. Уравнения гиперболического типа.
Колебания в распределенных системах. Задача Коши для уравнения колебаний. Задача Коши для волнового уравнения. Краевая задача для гиперболического уравнения. Фундаментальное решение волнового уравнения.
33. Уравнения параболического типа.
Уравнение теплопроводности. Краевые задачи для уравнения теплопроводности. Задача Коши для уравнения теплопроводности. Фундаментальное решение уравнения теплопроводности.
34. Уравнения эллиптического типа.
Уравнения Лапласа, Пуассона, Гельмгольца и Шредингера. Фундаментальные решения уравнений Лапласа и Гельмгольца. Гармонические функции. Задача Дирихле. Функция Грина задач Дирихле и Неймана. Теория потенциала.
35. Интегральные уравнения.
Линейные интегральные уравнения. Интегральные уравнения с вырожденным ядром. Метод последовательных приближений. Интегральные уравнения с разностным ядром.
36. Теория аналитических функций.
Аналитические функции комплексной переменной. Конформные отображения. Ряды Лорана. Контурные интегралы аналитических функций. Преобразование Гильберта.
37. Операционное исчисление.
Преобразование Лапласа. Решение уравнений операционным методом.
38. Вариационное исчисление.
Вариация функционала. Экстремум функционала.
39. Вероятность.
Введение. Предмет и значение теории вероятности. События. Частотное определение вероятности. Аксиома измерения. Условные вероятности. Полная вероятность. Формула Байеса.
40. Последовательности испытаний.
Независимые испытания. Формула Бернулли. Теорема Бернулли. Закон больших чисел. Формула Пуассона. Локальная теорема Муавра - Лапласа. Интегральная теорема Муавра – Лапласа.
41. Дискретные случайные величины.
Распределения случайных величин. Математические операции над случайными величинами. Математическое ожидание дискретной случайной величины. Дисперсия дискретной случайной величины.
42. Непрерывные случайные величины.
Функция распределения случайной величины. Плотность вероятности непрерывной случайной величины. Математическое ожидание и дисперсия непрерывной случайной величины. Моменты случайных величин.
43. Закон больших чисел. Теорема Ляпунова.
Неравенство Чебышева. Теорема Чебышева. Центральная предельная теорема.
44. Вариационные ряды.
Варианты. Среднее арифметическое вариационного ряда. Дисперсия вариационного ряда.
45. Выборочный метод.
Выборочная совокупность. Случайная выборка для определения доли. Случайная выборка для определения среднего. Среднеквадратическая ошибка случайной выборки. Предельная ошибка и необходимый объем выборки.
46. Законы распределения.
Построение теоретического закона распределения по заданному вариационному ряду. Вычисление теоретического ряда частот. Критерий согласия c2. Функция правдоподобия и принцип максимального правдоподобия. Распределение Стьюдента и его применение. Распределение Фишера и его применение.
47. Корреляционный метод.
Функциональная, статистическая и корреляционная зависимости. Линейная корреляционная зависимость. Нелинейная корреляционная зависимость. Коэффициент корреляции и корреляционные отношения.
48. Ошибки при измерениях.
Классификация измерений и погрешностей. Методы обработки данных при прямых измерениях. Методы обработки данных при косвенных измерения. Методы обработки данных при совместных измерениях.
49. Численные методы.
Вычислительная математика. Разностные уравнения. Задача Коши и краевая задача. Численное интегрирование. Решение нелинейных уравнений. Решение систем линейных уравнений.
5. Семинары.
В соответствии с разделами дисциплины п. 4.1 и 4.2.
6. Учебно-методическое обеспечение дисциплины.
6.1. Рекомендуемая литература.
а) основная литература:
1. Б. Математика и информатика [Электронный ресурс] : учебное пособие. - 4-е изд. - Москва : Дашков и К°, 2012. - 472 с.
б) дополнительная литература:
1. Г. Конспект лекций по высшей математике. М.: Айрис, 1997. 288 с.
2. А. Высшая математика. М.: Высш. шк., 1998. 408 с.
3. М. Элементы высшей математики. М.: Высш. шк., 1999. 512 с
4. П., А. Краткий курс высшей математики. М.: Астрель, АСТ, 2001. 656 с.
5. Высшая математика. Общий курс / под ред. С. А. Самаля. Минск: Высш. шк., 2000. 352 с.
6. А. Высшая математика. Минск: ТетраСистемс, 2001. Т. 1. 544 с., Т. 2. 448 с.
7. С., М. Сборник задач по высшей математике. Ростов-на-Дону: Феникс, 1997. 352 с.
8. Е., Г., Я. Высшая математика в упражнениях и задачах. М.: Высш. шк., 1996. Ч. 1. 303 с., Ч. 2. 415 с.
9. В., М., А. Высшая математика (решебник). М.: Физматлит, 2001. 366 с.
10. С. Задачи по высшей математике. М.: Высш. шк., 1996. 303 с.
11. С. Высшая математика. М.: Высш. шк., 1998. 480 с.
7. Материально-техническое обеспечение дисциплины.
Персональные ЭВМ, обеспечивающие решения сложных пакетов прикладных программ. Компьютеры, подключенные к всемирной сети Internet.
8. Контроль изучения дисциплины
Экзаменационные вопросы
1-й семестр:
1. Натуральные, целые, рациональные и действительные числа.
2. Комплексные числа, операции над ними.
3. Тригонометрическая форма комплексного числа, основная теорема алгебры.
4. Функции, задание функции.
5. Элементарные функции и их графики, построение графиков функций.
6. Предел числовой последовательности.
7. Бесконечно большие и бесконечно малые последовательности.
8. Теоремы о пределах последовательностей.
9. Свойства монотонных последовательностей.
10. Предел функции.
11. Теоремы о пределах функций.
12. Бесконечно большие и бесконечно малые функции.
13. Непрерывность функций.
14. Свойства функций, непрерывных на отрезке.
15. Производная функции, производная sin(x), cos(x), exp(x).
16. Правила дифференцирования.
17. Производные элементарных функций, физический и геометрический смысл.
18. Дифференциал функции, свойства дифференциала.
19. Производные и дифференциалы высших порядков, их свойства.
20. Теоремы о среднем (Ролля, Лагранжа и Коши).
21. Раскрытие неопределенностей, правило Лопиталя.
22. Формула Тейлора.
23. Возрастание, убывание и экстремумы функций.
24. Выпуклость, вогнутость и точки перегиба функций.
25. Интерполирование функций, полиномы Лагранжа и Ньютона.
26. Асимптоты и параметрические уравнения плоских кривых.
27. Кривизна, радиус и центр кривизны плоских кривых.
28. Частные производные и дифференциал функции многих переменных.
29. Производные сложных и неявных функций.
30. Частные производные и дифференциалы высших порядков.
31. Первообразная и неопределенный интеграл.
32. Свойства неопределенного интеграла.
33. Табличные интегралы.
34. Замена переменной в неопределенном интеграле.
35. Интегрирование по частям.
36. Интегрирование элементарных дробей.
37. Интегрирование правильных рациональных дробей.
38. Интегрирование рациональных функций.
39. Интегрирование тригонометрических выражений.
40. Интегрирование иррациональных функций.
41. Интегральная сумма, определенный интеграл.
42. Теорема о существовании определенного интеграла.
43. Свойства определенного интеграла.
44. Интегральная теорема о среднем.
45. Формула Ньютона – Лейбница.
46. Площадь плоской фигуры
47. Объем тела
48. Длина дуги кривой
49. Дифференциал переменной длины дуги
50. Площадь поверхности вращения
2-й семестр:
1. Криволинейный интеграл первого рода
2. Криволинейный интеграл второго рода
3. Контурный и параметрический интегралы
4. Определение и свойства двойного интеграла
5. Вычисление двойных интегралов
6. Формула Грина – Остроградского
7. Замена переменных в двойном интеграле
8. Определение и свойства тройного интеграла
9. Вычисление тройных интегралов
10. Поверхностный интеграл первого рода
10. Поверхностные интегралы второго рода
12. Формула Гаусса – Остроградского
13. Формула Стокса
14. Знакопостоянные числовые ряды
15. Свойства равномерно сходящихся последовательностей и рядов
16. Степенные ряды
17. Ряд Тейлора
18. Функции комплексной переменной
19. Тригонометрический ряд Фурье
20. Комплексная форма ряда Фурье
21. Интеграл Фурье
22. Обобщенные функции
23. Скаляры и векторы
24. Скалярное произведение
25. Векторное произведение
26. Смешанное и двойное векторное произведения
27. Векторные функции
28. Скалярные и векторные поля
29. Градиент скалярного поля
30. Дивергенция векторного поля
31. Ротор векторного поля
32. Операторы Лапласа и Гамильтона, градиент векторного поля,
33. Линейные пространства
34. Матрицы
35. Определители
36. Системы линейных уравнений
37. Решение систем линейных уравнений
38. Матричные уравнения
39. Уравнения плоских линий, прямая
40. Кривые второго порядка
41. Поверхности, плоскость и прямая в пространстве
42. Поверхности второго порядка
3-й семестр:
1. Дифференциальные уравнения в физике и технике
2. Существование и единственность решения дифференциального уравнения
3. Дифференциальные уравнения первого порядка, интегрируемые в квадратурах
4. Уравнения первого порядка, не разрешенные относительно производной
5. Особые точки и особые решения
6. Существование и единственность решения
7. Уравнения, допускающие понижение порядка
8. Линейные однородные дифференциальные уравнения
9. Линейные уравнения высшего порядка с постоянными коэффициентами
10. Неоднородные линейные уравнения
11. Нормальные системы дифференциальных уравнений
12. Граничные условия
13. Неоднородная краевая задача
14. Задача на собственные значения
15. Колебательные процессы в радиотехнических системах
16. Теория устойчивости
17. Уравнение Бесселя
18. Интеграл Дюамеля
19.Уравнения в частных производных
20. Задача Коши для уравнения первого порядка
21. Квазилинейные уравнения второго порядка, канонические формы
22. Фундаментальные решения уравнений в частных производных
23. Колебания в распределенных системах
24. Задача Коши для уравнения колебаний
25. Задача Коши для волнового уравнения
26. Краевая задача для гиперболического уравнения
27. Фундаментальное решение волнового уравнения
28. Уравнение теплопроводности
29. Краевые задачи для уравнения теплопроводности
30. Задача Коши для уравнения теплопроводности
31. Фундаментальное решение уравнения теплопроводности
32.Уравнения Лапласа, Пуассона, Гельмгольца и Шредингера
33. Фундаментальные решения уравнений Лапласа и Гельмгольца
34. Гармонические функции
35. Задача Дирихле
36. Функция Грина задач Дирихле и Неймана
37. Теория потенциала
Основные порталы (построено редакторами)
