以计算机为代表的信息技术颠覆了仅靠纸和笔的数学学习方式,数学实验正是在这一变革大潮中迅速发展起来的一门新兴课程。本课程借助计算机和科学计算软件Matlab,倡导脑、手、眼并用的实践探索性学习模式,有效地延伸了数学的适用领域与活动空间,使数学学习与问题解决的探索过程相统一。
本课程采用案例式教学,案例分别选自大学数学的三门核心课程,即微积分、线性代数和概率统计中的相关问题,如:数据拟合(兔子问题和化学反应生成物的浓度问题)、微分方程(汽车减振系统)、分形实例(Koch曲线、Sierpinski地毯等)、矩阵的运算(投入产出和 Hill密码)、特征值与特征向量(捕食者与被捕食者问题、斑点猫头鹰的生存问题)、古典概型(分赌注问题和赌徒破产问题等)等,目的是使实验案例能够与大学数学相关课程相呼应,更好体现大学数学的应用性。
作为课程的扩展内容,还提供了三个探索性实验案例:基于线性回归模型的人脸识别,布朗运动的模拟,基于条件极值的投资组合优化模型。
(1)掌握Matlab软件的使用方法和基本程序设计;
(2)培养数值计算与数据处理的能力;
(3)提高运用数学知识解决实际问题的能力。
0 导学
0.1 数学实验课程简介
1 MATLAB软件简介
1.1 MATLAB的基本操作
1.2 MATLAB的矩阵与数组
1.3 MATLAB的数据可视化
1.4 MATLAB的M文件
1.5 第1章上机实验题
第1章单元测验
2 数据拟合
2.1 数据拟合简介
2.2 斐波那契数列(1)
2.3 斐波那契数列(2)
2.4 化学反应生成物浓度(1)
2.5 化学反应生成物浓度(2)
2.6 第2章上机实验题
第2章单元测验
3 微分方程
3.1 微分方程的解析解和数值解
3.2 单自由度阻尼系统的数学模型
3.3 无外力下单自由度阻尼系统的解析解
3.4 外力下单自由度阻尼系统的数值解
3.5 有持续外力下单自由度阻尼系统的数值解
3.6 上机实验题
第3章单元测验
4 特征值与特征向量
4.1 基本概念
4.2 捕食者与被捕食者问题的演化过程
4.3 斑点猫头鹰的生存问题的演化过程
4.4 离散动态系统的几个基本事实
4.5 上机实验题
第4章单元测验
5 分形实例
5.1 函数迭代与分形
5.2 Koch曲线
5.3 Sierpinski地毯(一)
5.4 Sierpinski地毯(二)
5.5 分形树木
5.6 分形几何体的维数
5.7 上机实验题
第5章单元测验
6 矩阵的运算
6.1 投入产出分析
6.2 投入产出分析模型的求解
6.3 Hill密码的加密方法
6.4 Hill密码的加密解密过程
6.5 Hil密码的加密矩阵的设计
6.6 上机实验题
第6章单元测试
7 古典概型
7.1 基本概念和Matlab相关命令
7.2 分赌注问题
7.3 赌徒破产问题
7.4 掷硬币掷骰子和摸球问题
7.5 高尔顿钉板
7.6 中心极限定理
7.7 上机实验题
第7章单元测试
8 探索性实验案例1:基于线性回归模型的人脸识别
8.1 基于线性回归模型的人脸识别
8.2 线性回归
8.3 基于回归模型的人脸识别算法
8.4 基于线性回归模型的人脸识别算法LRC实现
9 探索性实验案例2:布朗运动的模拟
9.1 布朗运动的模拟
9.2 伊藤型随机微分方程的数值仿真
9.3 时滞随机微分方程的数值仿真
10 探索性实验案例3:基于条件极值的投资组合优化模型
10.1 基于条件极值的投资组合优化模型
10.2 模型求解
10.3 Matlab实现
微积分
线性代数
概率论
为积极响应国家低碳环保政策, 2021年秋季学期开始,中国大学MOOC平台将取消纸质版的认证证书,仅提供电子版的认证证书服务,证书申请方式和流程不变。
电子版认证证书支持查询验证,可通过扫描证书上的二维码进行有效性查询,或者访问 https://www.icourse163.org/verify,通过证书编号进行查询。学生可在“个人中心-证书-查看证书”页面自行下载、打印电子版认证证书。
完成课程教学内容学习和考核,成绩达到课程考核标准的学生(每门课程的考核标准不同,详见课程内的评分标准),具备申请认证证书资格,可在证书申请开放期间(以申请页面显示的时间为准),完成在线付费申请。
认证证书申请注意事项:
1. 根据国家相关法律法规要求,认证证书申请时要求进行实名认证,请保证所提交的实名认证信息真实完整有效。
2. 完成实名认证并支付后,系统将自动生成并发送电子版认证证书。电子版认证证书生成后不支持退费。
配套教材 :黄平,刘小兰,温旭辉,《数学实验典型案例》,高等教育出版社,2015.
参考资料:谢金星、邢文训、张立平,《大学数学实验(第2版)》,清华大学出版社,2017.
问题: 是否有配套教材?
回答:可以参考教材:黄平,刘小兰,温旭辉,《数学实验典型案例》,高等教育出版社,2015年。
问题:需要哪些先修知识?
回答:需要学习微积分、线性代数和概率论的相关基础知识,也可以边学习基础知识,边学习本课程。
问题:怎么完成作业?
回答:本课程每章有在线测试题,最后有在线期末考试,每章还有思考题。建议同学们在学习时,可以上机完成相关题目,理论和实践相结合才能取得好的成效。