XM @ DTU. License to Thrill



Relaterede dokumenter
DTU. License to Thrill

Optimale konstruktioner - når naturen former. Opgaver. Opgaver og links, der knytter sig til artiklen om topologioptimering

Dette kapitel tager især udgangspunkt i det centrale kundskabs- og færdighedsområde: Matematik i anvendelse med økonomi som omdrejningspunktet.

P2-projektforslag Kombinatorik: grafteori og optimering.

Nogle didaktiske overvejelser vedrørende indledende undervisning i funktionsbegrebet i gymnasiet og nærværende hæftes nytte i så henseende.

Matematik A-niveau STX 24. maj 2016 Delprøve 2 VUC Vestsjælland Syd.

Matematik B - hf-enkeltfag, april 2011

Matematikkommission Læreplaner og it

Det teknisk-naturvidenskabelige basisår Matematik 1A, Efterår 2005, Hold 3 Prøveopgave B

Hvem skal samle handsken op?

Om at løse problemer En opgave-workshop Beregnelighed og kompleksitet

6. Regression. Hayati Balo,AAMS. 1. Nils Victor-Jensen, Matematik for adgangskursus, B-niveau 1

Matematik interne delprøve 09 Tesselering

Differentialregning Infinitesimalregning

Kompetencemål for Matematik, klassetrin

Vejledende årsplan for matematik 5.v 2009/10

OPGAVER 1. Løsning af ligningssystemer Disse første opgaver er introducerer til løsning af lineære ligningssystemer. De løses alle ved håndregning.

Dosering af anæstesistoffer

Lineær Algebra, kursusgang

Undervisningsbeskrivelse

Studieretningsprojekt i matematik og biologi Lotka-Volterra modellen en beskrivelse af forholdet mellem byttedyr og rovdyr

Undervisningsbeskrivelse

Matematik og PBL. Ole Ravn

Motivation som drivkraft nye balanceringer af færdigheder og begreber i DTU s indledende matematikundervisning (Matematik 1)

APPENDIX A INTRODUKTION TIL DERIVE

Årsplan for Matematik 8. klasse 2011/2012

Matematik, basis. Undervisningen på basisniveau skal udvikle kursisternes matematikkompetencer til at følge undervisningen

Studieretningsprojekt i matematik og biologi Lotka-Volterra modellen en beskrivelse af forholdet mellem byttedyr og rovdyr

Kompetencemål i undervisningsfaget Matematik yngste klassetrin

Karsten Schmidt, Danmarks Tekniske Universitet (DTU): Pædagogisk udvikling på DTU s Matematik 1

Studieplan. Stamoplysninger til brug ved prøver til gymnasiale uddannelser. Oversigt over gennemførte undervisningsforløb. Termin Aug 10- jun 11

Undervisningsbeskrivelse

Løsninger til matematik B-niveau HF maj 2016 April 2017

OPGAVER 1. Approksimerende polynomier. Håndregning

Opgaver til Maple kursus 2012

Studerende: Ole Lund Jensen Dato: Overordnet emne: Symbolske dynamiske systemer.

Vejledning i brug af Gym-pakken til Maple

Nordagerskolen Matematisk læring i det 21. århundrede

Nordagerskolen Matematisk læring i det 21. århundrede

STYRKELSE AF BØRNS TIDLIGE PROBLEMLØSNINGSKOMPETENCER I FREMTIDENS DAGTILBUD

a) For at bestemme a og b i y=ax+b defineres to lister med data fra opgaven År d 0, 1, 2, 3, 4, 5, 6 :

Naturvidenskab. En fællesbetegnelse for videnskaberne om naturen, dvs. astronomi, fysik, kemi, biologi, naturgeografi, biofysik, meteorologi, osv

Eksperimentel Matematik. En inspirationsbog

Undervisningsbeskrivelse

Maple 11 - Chi-i-anden test

Matematik B-niveau STX 7. december 2012 Delprøve 1

Matematik Basis. Faglige mål. Kernestof. Supplerende stof

Mål, undervisningsdifferentiering og evaluering

Af jord er vi kommet

Design of Experiments

Lineære modeller. Taxakørsel: Et taxa selskab tager 15 kr. pr. km man kører i deres taxa. Hvis vi kører 2 km i taxaen koster turen altså

At lave dit eget spørgeskema

ØKONOMIOVERBLIK - kom godt i gang

GUX Matematik Niveau B prøveform b Vejledende sæt 2

FUSION Kommentarer fra tidligere studerende fra Designafdelingen:

Den Naturvidenskabelige Bacheloruddannelse på RUC

Reaktionskinetik - 1 Baggrund. lineære og ikke-lineære differentialligninger. Køreplan

Faglig årsplan Skolerne i Oure Sport & Performance. Emne Tema Materialer. Læringsmål Faglige aktiviteter. Evaluering.

Årsplan/aktivitetsplan for matematik i 6.c

SÆRE SYMBOLER OG FORVIRRENDE FORMLER

Undervisningsbeskrivelse

MATEMATIK. Formål for faget

Undervisningsbeskrivelse

Kemi C - hf-enkeltfag, april 2011

Ligninger... 1 Funktioner & modeller... 3 Regression... 6 Sjove opgaver... 7

Introduktion til mat i 4 klasse Vejle Privatskole 2013/14:

Natur/teknologi i 6 klasse affald og affaldshåndtering, rumfang, målestok og matematik

Matematik A. Studentereksamen. Digital eksamensopgave med adgang til internettet

Interview med ung entrepreneur

Det tilstræbte matematikindhold og teknologi spiller det sammen?

Opgaver med hjælp Funktioner 2 - med Geogebra

Rygtespredning: Et logistisk eksperiment

MATEMATIK. GIDEONSKOLENS UNDERVISNINGSPLAN Oversigt over undervisning i forhold til trinmål og slutmål

Funktioner af flere variable

De femårige gymnasieforløb

FFM Matematik pop-up eftermiddag. CFU, UCC 11. Maj 2015

Slagelse Kommunes børne- og ungepolitik

Matematik - undervisningsplan Årsplan 2015 & 2016 Klassetrin: 9-10.

Algebra INTRO. I kapitlet arbejdes med følgende centrale matematiske begreber:

Undervisningsbeskrivelse

Studieordning for akademisk diplomuddannelse - første år ved Institut for Læring

FLIPPED CLASSROOM MULIGHEDER OG BARRIERER

Michael Rosholm & Michael Svarer

Brugermanual til Assignment Hand In

Kompetencer i det første ingeniørjob

Årsplan 9. klasse matematik Uge Emne Faglige mål Trinmål Materialer/ systemer 33-34

Selvstudium 1, Diskret matematik

Hvad er CAS? Hvad er algebra? Didaktisk analyse af CAS-brug Hvad kan lærerne gøre?

Årsplan 2013/ ÅRGANG: MATEMATIK. Lyreskovskolen. FORMÅL OG FAGLIGHEDSPLANER - Fælles Mål II 2009

Højere Handelseksamen Handelsskolernes enkeltfagsprøve August Matematik Niveau B. Delprøven uden hjælpemidler

Colofon. Udgivet af Inerisaavik 2009 Udarbejdet af fagkonsulent Erik Christiansen Redigeret af specialkonsulent Louise Richter Elektronisk udgave

Dokumentation af programmering i Python 2.75

Computerstøttet beregning

Varmeligningen og cosinuspolynomier.

Udviklingsprojekter 2007/2008

Matematik B. Højere forberedelseseksamen

Breddeopgaver til Fysisk problemløsning I og Fysisk problemløsning II nr

Årsplan for matematik i 1. klasse

Undervisningsbeskrivelse

Transkript:

XM @ DTU License to Thrill Matematik 1 på DTU S. Markvorsen & P. G. Hjorth Institut for Matematik, Bygning 303S, DTU DK-2800 Kgs. Lyngby 1

1 Matematik 1 I begyndelsen af det tredie årtusind hedder på Danmarks Tekniske Universitet det indledende matematikkursus Matematik 1: Lineære og Differentiable Strukturer, kaldet MAT-1. MAT-1 fylder ganske meget (15-20 ECTS, dvs ca 1/3) i første års studieplanen for alle ingeniørretninger, og indkorporerer lineær algebra, differentialligninger, funktioner af flere reelle variable og vektoranalyse i et og samme kursus. De studerende har derfor travlt. Hver uge introduceres konceptuelt nye emner med tilhørende opgaver og eksempler. Det er en udfordring under et sådant pensum-pres at opretholde en interesse og nysgerrighed. En af de måder vi møder udfordringen er ved at introducere elementer af Eksperimentel matematik. Det væsentligste hjælpemiddel hertil er matematikprogrammet MAPLE, et interaktivt grafisk og symbolsk matematikprogram. MAPLE har været på markedet i over 15 år. Programmets lærekurve er acceptabel det er ikke fantastisk intuitivt, men vi oplever at især studerende der i gymnasiet har benyttet andre symbolske programmet (fx MathCad eller lignende) er imødekommende over for den nogen gange lidt knudrede syntaks og tilegner sig den. Den investering i tid som bliver lagt i at lære de mest nødvendige MAPLE operationer forsøger vi at genvinde ved udforskning og eksperimentering i de forskellige matematiske discipliner som indgår i MAT-1. 1.1 Lineær algebra Lineær algebra har er på en gang velsignet af meget smukke strukturer, men forbandet af konkrete beregninger der er langsommelige lige så snart dimensionen af de indgående rum overstiger 3. Det problem er MAPLE i stand til at overkomme. Figur 1: Lineær algebra. 2

Determinanter og egenværdier af 50 50 matricer er intet problem, så hvis den studerende iøvrigt magter at indtaste eller konstruere en given matrix, ligger en eksperimenterende udforskning af matricens egenskaber åben på en måde der aldrig før har været mulig. 1.2 Funktioner af flere variable Man vil finde tilhængere af klassisk klassisk analyse som mener at funktioner af to reelle variable slet ikke er beregnet til at blive set, men kun at blive analyseret. Analysen kan give svar på alle interessante spørgsmål, og funktionens udseende er en unødig spekulation. Uanset hvor meget sympati man kan have for dette dyd-ud-af-nødvendigheden-standpunkt ville det være synd og skam ikke i dimension 3 at bruge de muligheder der foreligger. Med MAPLE er man i stand til at følge ideen fra 1 variabel og plotte funktionen før man spørger om noget andet. Se også oplæggene "En Automat fra Funktionsinspektoratet" og "Den bedste rette linje". Figur 2: Analyse. Når grafer af funktioner, tangentlinjer og tangentplaner kan plottes og virtuelt drejes og undersøges fra alle synsvinkler åbnes op for en experimenterende måde at analysere funktioner på, som om de var molekyler eller bygningsværker. Dette stiller nye krav til opgaverne. En forståelse af grafens udseende er - med computergrafik til rådighed - ikke længere et endemål; nye spørgsmål kan stilles om funktionen. Her er især spørgsmål der stiller skarpt på forskellen mellem matematikken og computergrafikken. Hvornår er noget vist, hvornår er noget bevist. Uden at jagt på patologiske funktioner bliver gjort til et nyt hovedprincip er det vigtigt at indarbejde en kritisk og realistisk holdning hos de studerende til hvad software kan og hvad det ikke kan i matematikken. Igen er den eksperimenterende vinkel til stor nytte. 3

1.3 Vektoranalyse og integration Med vektoranalysen begynder et samspil af lineær algebra og analyse som er et af MAT-1 s styrker. Den eksperimentelle tilgang kan bevares kun hvis man kan trække på færdigheder udviklet i de første 2/3 af kurset. Repræsentationen som datastrukturer i Maple af de punktmængder der skal integreres over volder det meste besvær. Når dette punkt er afklaret kan de egentlige eksperimenter omkring integration begynde. Et af de fineste eksempler i forløbne år på styrken af denne computer-støttede eksperimentelle tilgang er en opgave hvor den studerende ledes gennem beregningen af den samlede mængde solenergi (beregnet som et fluxintegral) afsat på et buet tag i løbet af en dag, se [5] side 29 30. z x y z x y x y Figur 3: Forskellige solfanger-tage. Figur 4: Analyse af et solfangertag. 4

Beregning og visualisering af gradientfelter og rotationsfelter, beregning af fluxintegraler, også i realistiske ikke-pæne tilfælde, er kompetencer som hovedparten af de studerende tager med fra MAT-1 s sidste halvdel. Det er målet at de studerende går fra kurset med deres egen værktøjskasse af symbolske analyseværktøjer, en værktøjskasse som de vil kunne benytte i andre fag og for den sags skyld i deres job efter endt uddannelse. 5

Litteratur [1] M. P. Bendsøe, A. Bertelsen, P. G. Hjorth, og S. Markvorsen: Optimale Konstruktioner. Perspektiv (3), Fysikforlaget, (2003) 1-8. [2] Se, fx: http://www2.mat.dtu.dk/info/mathematics/emma/ [3] H.H. Finkelstein: Why Experimental Mathematics Is The Key To Good Math Instruction, Cambridge Texts in Applied Mathematics (2008). [4] S. Toft Jensen og J. Matthiasen (red.) Matematiske Ideer, Matematikforeningen, 1993. [5] S. Markvorsen, Integration i flere Variable, Noter, Institut for Matematik, DTU, 2007. http://www2.mat.dtu.dk/education/01005/mws/integrator5/int5tekst.pdf [6] S. Markvorsen, Math Education at a Crossroads, MAT-Report No. 2006-19, Institut for Matematik, 2006. http://www.learninglab.dtu.dk/frikoebsprojekter/mat1.aspx [7] Yu. A. Shashkin, Fixed Points, American Mathematical Society, MAA, 1991. [8] V. M. Tikhomirov, Stories about maxima and minima, American Mathematical Society, MAA, 1990. INSTITUT FOR MATEMATIK, MATEMATIKTORVET, DTU BYGNING 303 SYD, 2800 KGS. LYNGBY. 6