数学实验
数学实验
1000+ 人选课
更新日期:2025/06/13
开课时间2025/02/24 - 2025/06/30
课程周期18 周
开课状态开课中
每周学时-
课程简介

    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。

课程大纲

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