授業科目名 年度 学期 開講曜日・時限 学部・研究科 全担当教員 単位数
32649:[2025 秋セメスター]計算物理学２(A2) 2025 秋セメスター 火4 理工学部 小泉 耕蔵 2

キャンパス

BKC

授業施設

プリズム情報処理演習室Ｐ３４

授業で利用する言語

日本語

授業の概要と方法

　自然現象はNewtonの運動方程式をはじめとする微分方程式などを用いて数式で表現される。これらの数式が厳密に解けるならば、その解析解からさまざまな自然現象の振る舞いを知ることができる。しかしながら、いつでも解析解が得られるとは限らない。このため、現実に即した複雑な条件下での物理現象の振る舞いを知るためには、数値計算が欠かせない。
　本講義では、計算物理学I で学習したプログラミング言語 C言語を復習しつつ、いくつかの代表的な数値計算の手法とその基礎になる概念について学ぶ。さらに、学習した手法をもちいて、いくつかの特徴的な物理現象の数値計算を行い、その結果をグラフなどを用いて視覚化する方法を学び、その挙動を解釈する。これによって、数式や概念だけでは捉えにくい物理現象の理解を深める。

受講生の到達目標

・紹介された数値計算の手法を理解できる
・その手法を実際にプログラムとして実装し、シミュレーションを実行できる
・そのプログラムが正しく動作しているかどうかを判断し、
　状況に応じて適切にそれを修正できる
・得られた数値計算の結果が、どのような現実の振る舞いに対応するか解釈できる

事前に履修しておくことが望まれる科目

◎本科目を受講する者は、前期開講の『計算物理学Ｉ』を必ず受講しておくように。

授業スケジュール

授業回数/
担当教員（複数担当の場合） 		テーマ
キーワード・文献・補足事項等
-

+R授業対象科目。第5回目と9回目に+R授業を実施。詳細はmanaba+Rを参照。

1

 C言語の基本文法の復習

（繰り返し、条件分岐、配列、入出力など)

2-3

配列変数と計算結果の視覚化

gnuplotを用いたグラフの作成、パイプの使い方

4-5

線形代数計算とプログラムのモジュール化

(行列演算の基礎、Gauss-Jordan法等)

6-9

モンテカルロシミュレーション

(疑似乱数の基礎; 乱数の生成方法、確率統計の基礎; 平均値・分散・標準偏差の計算)
(ランダムウォークのシミュレーション)
(モンテカルロ数値積分)

10-13

微分方程式の数値解法

(数値積分法の基礎; オイラー法、中点法、ルンゲクッタ法、シンプレティック法 etc)

14

偏微分方程式の数値解法とまとめ

(陽解法)

授業実施形態

+R授業以外は、すべて対面授業を行う。

授業外学習の指示

１．作成したプログラム内の変数の値などを自分なりに改変してみる。その結果を想像し、
　予想と実際の結果を比較することで理解を深めることができる。

２．他の科目での知識との関連を考えると、双方の理解を深めることができる。

成績評価方法

種別 割合(%) 評価基準等
定期試験（筆記） 0

レポート試験
（統一締切日を締切とするレポート）		 0

上記以外の試験・レポート、平常点評価
（日常的な授業における取組状況の評価）		 100

演習課題、レポート課題 、小テスト

成績評価方法(備考)

＊平常点評価＊

演習テーマ毎の課題、レポート課題、小テスト（必要に応じて行う。）

受講および研究に関するアドバイス

前期開講の『計算物理学Ｉ』の内容を復習しておくこと。

・演習中は、TA (ティーチング・アシスタント) や周りの友人によく分からない点などを積極的に質問し議論することを強く推奨する。他の授業とは違い、質問することを恐れてやりすごそうとすると、授業内容についていけなくなる可能性が高い。初歩的なことでも質問することで、講義から脱落することが防げられる。

・講義内で何をしようとしているのか、自分がいま何をしているのかを理解すること。

・得られた結果が正しいかどうかについて、よく考えること。

・講義・演習内でよく使用するコマンドや操作方法・文法・書式などは、ホームディレクトリ内のテキストファイルにメモしておくと、コピーアンドペーストでスペルミスなく再利用することができ、時間も短縮できる。


教科書

教科書(使用頻度、その他補足)

レジュメを配布する。

参考書

書名 著者 出版社 ISBNコード 備考
計算物理学（基礎編） 小柳義夫 監訳／狩野覚 ・春日隆 ・善甫康成 訳 朝倉書店 978-4-254-13086-7 乱数をもちいたシミュレーションから運動方程式の数値積分法まで幅広く取り扱った本。最近のものなので比較的親しみやすいかもしれない。
RAINBOW Guide Linux 操作入門編 立命館大学
数値計算 理工系の数学入門コース 8 川上一郎 岩波書店 978-4000077781 数値積分法および連立方程式の数値解法などを中心に解説した本。数値積分法・微分方程式の数値解法の説明が詳しい。
数値計算 理工系の基礎数学 8 高橋 大輔 岩波書店 9784000079785 数値計算の各分野を広く平易に解説した標準的な本。
計算物理学入門 H. ゴールド、J. トボチニク ピアソン・エデュケーション 978-4894713185 幅広くかつ現代的な視点から解説した本。ただし、Fortran で書かれていない。また、分厚い。

参考書(使用頻度、その他補足)

※RAINBOW GUIDE Linux 操作入門編については、http://www.ritsumei.ac.jp/rainbow/service-guide/を見てください。

参考になるwwwページ

演習中に適宜紹介する

授業内外における学生・教員間のコミュニケーションの方法

インタラクティブシート,manaba+R,学生との直接対話,その他(教員より別途指示）

備考


【科目ナンバリング・カリキュラムマップはこちらから/Click here to see the Curriculum-Map and Course-Numbering】
URL:https://secure.ritsumei.ac.jp/students/pathways-future/course/curriculum.html/