第1編 数と式・論理
1. 数と式
内容:式の展開、因数分解、有理化
応用:
・機械:材料力学での応力計算式の整理
・電気:オームの法則 V=IR の式変形
・建築:単位換算(N/m² ⇔ kgf/cm²)
・AI:損失関数の数式展開(例:二乗誤差の展開)
2. 図形と計量
内容:三角比、ピタゴラスの定理、余弦定理
応用:
・機械:リンク機構の角度計算
・電気:交流回路の位相差計算
・建築:建物高さの三角比による測定
・AI:画像処理でのベクトル角度計算
3. 論理(集合・命題・必要十分条件)
内容:集合の演算、命題の真偽、論理式変形
応用:
・機械:制御システムの論理設計
・電気:デジタル回路のブール代数
・建築:施工管理での条件分岐(工程判断)
・AI:機械学習アルゴリズムの条件分岐処理
4. いろいろな式(整式・分数式・無理式など)
内容:式の整理、分母の有理化、式の値域
応用:
・機械:流体力学のレイノルズ数式変形
・電気:インピーダンス計算(複素数式の整理)
・建築:構造計算の断面係数整理
・AI:確率分布式の正規化処理
5. 不等式
内容:一次不等式、二次不等式、絶対値を含む不等式
応用:
・機械:安全率の計算(応力 < 降伏強さ / 安全率)
・電気:許容電流や電圧の制約条件
・建築:耐震設計での応力度の上限条件
・AI:損失関数の最小化条件(最適化における制約不等式)
第2編 関数とグラフ
6. 二次関数
内容:二次関数の標準形、平方完成、頂点・軸、グラフの性質
応用:
・機械:放物運動の軌道計算
・電気:RLC回路の二次応答解析
・建築:アーチ構造の形状解析
・AI:最小二乗法による回帰モデル
7. データの分析
内容:平均値、分散、標準偏差、相関、回帰直線
応用:
・機械:製品寸法のばらつき解析(QC手法)
・電気:ノイズ測定データの統計解析
・建築:施工精度のデータ管理
・AI:教師データの前処理(正規化・標準化)
8. 図形と方程式
内容:直線の方程式、円の方程式、軌跡の方程式
応用:
・機械:カム曲線やリンク機構の運動軌跡
・電気:リサージュ図形による信号比較
・建築:曲線構造物の数式表現
・AI:クラスタリング境界の幾何表現
9. 指数関数
内容:指数法則、指数関数のグラフ、成長と減衰
応用:
・機械:疲労寿命の指数近似式
・電気:コンデンサ充放電(Vc = V0(1−e^(−t/RC)))
・建築:材料劣化の指数モデル
・AI:活性化関数(expを用いたsoftmaxなど)
10. 対数関数
内容:対数法則、常用対数・自然対数、対数関数のグラフ
応用:
・機械:音響レベル(dB)の計算
・電気:信号処理の対数増幅器
・建築:騒音評価(dBスケール)
・AI:クロスエントロピー損失(−Σy log p)
11. 三角関数
内容:正弦、余弦、正接の定義、加法定理、グラフ
応用:
・機械:振動解析(x(t)=A sin(ωt+φ))
・電気:交流波形解析(V=V0 sin ωt)
・建築:構造解析での力の分解
・AI:周期データの特徴抽出(位置エンコーディングなど)
第3編 数列・複素数・極限・ベクトル
12. 数列と漸化式
内容:等差数列・等比数列、和の公式、漸化式の解法
応用:
・機械:歯車比の段数計算、繰返し荷重解析
・電気:信号処理の差分方程式(ディジタルフィルタ)
・建築:階層構造やフロア荷重の累積計算
・AI:ニューラルネットワークの再帰処理(RNNの数列モデル)
13. 複素数平面
内容:複素数の表示、極形式、オイラーの公式、回転の表現
応用:
・機械:回転運動の表現、振動解の複素表記
・電気:交流解析(フェーザ表示、インピーダンス計算)
・建築:周期応答の複素表現(耐震工学)
・AI:フーリエ変換(複素指数関数による信号解析)
14. 極限
内容:数列の極限、関数の極限、無限級数、収束判定
応用:
・機械:繰返し工程の収束判定、疲労破壊寿命の漸近解析
・電気:信号安定性解析(t→∞ の応答値)
・建築:構造応答の漸近挙動
・AI:最適化アルゴリズムの収束解析(勾配降下法など)
15. ベクトル
内容:ベクトルの演算、内積・外積、空間座標、直線・平面の方程式
応用:
・機械:力や速度の合成、剛体運動の解析
・電気:電磁界の表現(E、Bベクトル)
・建築:構造力学での力の釣合い、3次元モデリング
・AI:特徴ベクトル表現、単語ベクトル(word2vec)
第4編 微分・積分
16. 微分法
内容:導関数、接線の方程式、関数の増減、最大・最小、平均値の定理
応用:
・機械:応力集中部の曲率解析、機械要素の最適設計
・電気:信号の瞬時変化(di/dt, dv/dt)、トランジスタの小信号解析
・建築:荷重分布の勾配からの応力変化解析
・AI:誤差逆伝播法(勾配計算)、最適化アルゴリズム
17. 積分法
内容:不定積分、定積分、面積・体積、置換積分、部分積分
応用:
・機械:回転体の体積計算、仕事量の算出
・電気:電荷量 Q = ∫ I dt、エネルギー積分
・建築:構造物断面の断面二次モーメント
・AI:確率分布の正規化、期待値計算
18. 微分方程式
内容:一次微分方程式、二階線形微分方程式、初期値問題
応用:
・機械:振動方程式(m d²x/dt² + c dx/dt + kx = 0)
・電気:RLC回路の過渡応答方程式
・建築:構造物の動的応答解析、熱伝導方程式
・AI:ニューラルODE、連続時間モデル
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第5編 確率・整数・図形
19. 場合の数
内容:順列、組合せ、二項定理、重複組合せ
応用:
・機械:組立工程の手順最適化
・電気:符号理論やエラー検出の組合せ計算
・建築:配置計画の組合せ検討
・AI:ハイパーパラメータ探索(組合せ最適化)
20. 確率分布(統計・期待値含む)
内容:確率変数、期待値・分散、二項分布、正規分布、推定・検定
応用:
・機械:品質管理におけるばらつき評価
・電気:通信ノイズの確率モデル化
・建築:地震動の確率分布モデル
・AI:ベイズ推論、確率的勾配降下法(SGD)
21. 整数の性質
内容:ユークリッドの互除法、素因数分解、合同算、剰余
応用:
・機械:歯車比の整数比設計
・電気:暗号理論(RSAなど)
・建築:モジュール設計(寸法単位の整数倍)
・AI:ハッシュ関数、整数最適化問題
22. 図形の性質(平面・空間)
内容:相似、合同、多角形、円、球、角度・長さ・体積の関係
応用:
・機械:CAD設計での図形モデリング
・電気:電磁界解析での境界形状
・建築:建築設計における立体図形の活用
・AI:3D認識、点群データ処理