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工学応用のための高校数学目次

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数学Ⅰ
■ 数と式
内容:整式・分数式・因数分解・恒等式
• 機械:運動方程式 F = ma の整理、モーメント式 M = F·L の変形
• 電気:オームの法則 V = IR、電力 P = VI の変形
• 建築:応力度 σ = P/A の式変形、荷重・モーメント計算
• AI:損失関数 L = Σ(y−ŷ)² の展開、勾配計算に必要な式整理

■ 二次関数
内容:標準形、平方完成、頂点、グラフ
• 機械:放物運動の軌道 y = −(g/2v²)x² + …
• 電気:二次系回路の応答 V(t) = Ae^(−αt)cos(ωt+φ)
• 建築:アーチ構造の解析、放物線型の安定形状
• AI:最小二乗法による回帰モデル y = ax² + bx + c

■ 論理
内容:集合、命題、必要条件・十分条件、真偽表
• 機械:制御システムのON/OFF制御(if条件)
• 電気:デジタル回路のブール代数 (A·B + A·¬B = A)
• 建築:施工管理の条件分岐(例:工期>納期 → 増員)
• AI:機械学習アルゴリズムの条件分岐(if loss<ε then stop)

■ データの分析
内容:平均、分散、標準偏差、相関、回帰直線
• 機械:製品寸法のばらつき解析(QC)
• 電気:ノイズ測定データの統計解析
• 建築:施工精度や材料強度の管理(統計評価)
• AI:データ前処理(正規化・標準化)、特徴量の分布解析

■ 三角比と図形
内容:三角比 sinθ, cosθ, tanθ、ピタゴラスの定理、余弦定理
• 機械:リンク機構の角度計算 θ = arccos((a²+b²−c²)/2ab)
• 電気:交流回路の位相差 φ = arctan(XL−XC)/R
• 建築:建物の高さ測定 h = d·tanθ
• AI:画像処理におけるベクトル角度 cosθ = (a·b)/(|a||b|)
数学Ⅱ
■ 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、値域、恒等式
• 機械:流体力学の無次元数(Re=ρvd/μ)の整理
• 電気:インピーダンス計算 Z = R + jX の複素式整理
• 建築:断面係数 Z = I/y の式変形
• AI:確率分布式の正規化 Σp(x)=1 の式処理

■ 図形と方程式
内容:直線・円・放物線・軌跡の方程式
• 機械:カム曲線やリンク機構の軌跡方程式
• 電気:リサージュ図形 (x=A sin ω₁t, y=B sin ω₂t)
• 建築:円弧・放物線アーチの設計式
• AI:クラスタリング境界を直線・円で近似

■ 指数関数
内容:指数法則、指数関数の増加・減少、成長と減衰
• 機械:疲労寿命の指数近似 N = N₀e^(−ασ)
• 電気:コンデンサ充放電 Vc = V₀(1−e^(−t/RC))
• 建築:材料劣化モデル D = D₀e^(−βt)
• AI:softmax関数 exp を用いた確率分布化

■ 対数関数
内容:対数法則、常用対数・自然対数、対数グラフ
• 機械:音響レベル L = 20 log₁₀(p/p₀)
• 電気:対数増幅器 Vout = k log Vin
• 建築:騒音評価(dBスケール)
• AI:クロスエントロピー損失 L = −Σ y log p

■ 三角関数
内容:sin, cos, tan の定義、加法定理、グラフ、周期性
• 機械:振動解析 x(t)=A sin(ωt+φ)
• 電気:交流解析 V=V₀ sin(ωt)
• 建築:構造力学の力の分解 Fx=F cosθ, Fy=F sinθ
• AI:周期データの位置エンコーディング(sin, cosで座標表現)

■ 微分の考え
内容:導関数の定義、接線の傾き、関数の増減、最大・最小
• 機械:応力集中部の曲率解析 κ = |y’’|/(1+y’²)^(3/2)
• 電気:瞬時変化 i=C dv/dt, v=L di/dt
• 建築:たわみ曲線の勾配・曲率
• AI:誤差逆伝播法(勾配計算)

■ 積分の考え
内容:不定積分・定積分、面積・体積、置換積分・部分積分
• 機械:仕事 W=∫F dx、回転体体積 V=π∫y² dx
• 電気:電荷量 Q=∫I dt、エネルギー W=∫vi dt
• 建築:断面二次モーメント I=∫y² dA
• AI:確率分布の正規化 ∫p(x) dx=1、期待値 E[X]=∫x p(x) dx

数学Ⅲ
■ 数列
内容:等差数列・等比数列、漸化式、数列の和
• 機械:繰り返し荷重による疲労寿命モデル
• 電気:信号処理のサンプリング系列(x[n])
• 建築:階段寸法の等差数列的設計(段差一定)
• AI:リカレントニューラルネットワーク(漸化式による系列表現)

■ 複素数平面
内容:複素数の表示、極形式、回転の表現
• 機械:回転運動の表現(ベクトル回転)
• 電気:交流解析(フェーザ表示 Z=Re^(jθ))
• 建築:2D/3D図形の回転変換
• AI:フーリエ変換(複素指数関数で表現)

■ 極限
内容:数列の極限、関数の極限、無限等比級数
• 機械:摩擦や減衰が大きい運動の収束挙動
• 電気:回路の定常状態(t→∞での電流・電圧)
• 建築:長期的な応力・ひずみの漸近的挙動
• AI:収束判定(勾配降下法の反復極限)

■ 微分法
内容:導関数、接線、増減、極値、平均値の定理
• 機械:曲率解析 κ=|y’’|/(1+y’²)^(3/2)、最適設計
• 電気:di/dt, dv/dt の瞬時変化、トランジスタの小信号解析
• 建築:たわみ曲線の解析(d²y/dx²=曲率)
• AI:誤差逆伝播の勾配計算 ∂L/∂w

■ 積分法
内容:不定積分、定積分、面積・体積、置換積分、部分積分
• 機械:仕事 W=∫F dx、回転体体積 V=π∫y² dx
• 電気:電荷量 Q=∫I dt、エネルギー W=∫vi dt
• 建築:断面二次モーメント I=∫y² dA
• AI:確率分布の正規化 ∫p(x) dx=1、期待値 E[X]=∫x p(x) dx

数学A
■ 場合の数
内容:順列・組合せ・二項定理
• 機械:組立手順や機械要素配置の組合せ数
• 電気:符号化方式の数(例:ビット列の組合せ)
• 建築:建材配置や色彩パターンの組合せ
• AI:ハイパーパラメータ探索の組合せ爆発(グリッドサーチ)

■ 確率
内容:確率変数、期待値、分散、確率分布(正規分布・二項分布など)
• 機械:信頼性工学(故障確率)
• 電気:通信の誤り率(BER)、雑音モデル
• 建築:材料強度のばらつき確率分布
• AI:尤度関数・ベイズ推定

■ 整数の性質
内容:合同算、ユークリッドの互除法、素因数分解
• 機械:歯車比の整数比(Z₁:Z₂)
• 電気:暗号通信(RSA)における素数利用
• 建築:寸法モジュール設計(整数比による調和設計)
• AI:ハッシュ関数・暗号化アルゴリズム

■ 図形の性質(平面・空間)
内容:相似・合同、面積・体積、三平方の定理、空間図形
• 機械:部品設計での幾何公差、CADモデリング
• 電気:アンテナ構造の幾何形状解析
• 建築:構造解析(梁・柱・アーチの幾何特性)
• AI:画像認識における形状特徴量抽出

数学B
■ 数列
内容:等差数列・等比数列、漸化式、無限等比級数
• 機械:繰り返し荷重による部材疲労寿命(N = N₀ − d·n)
• 電気:ディジタル信号処理のサンプル列 x[n]
• 建築:階段設計(段差を等差数列で配置)
• AI:RNNによる系列データ処理(漸化式型更新 hₙ = f(hₙ₋₁, xₙ))

■ ベクトル
内容:成分表示、内積・外積、平行・垂直の判定、ベクトル方程式
• 機械:力の分解 Fx=Fcosθ, Fy=Fsinθ、モーメント計算 M=r×F
• 電気:電磁界解析(E, B のベクトル場)、フェーザ解析
• 建築:構造解析(梁・柱の力の合成)、3D CAD座標計算
• AI:特徴ベクトル表現、内積による類似度計算 cosθ = (a·b)/(|a||b|)

■ 確率分布
内容:確率変数、期待値・分散、二項分布・正規分布・ポアソン分布
• 機械:機械故障率の確率分布(指数分布)
• 電気:雑音の分布(ガウス雑音 N(0,σ²))
• 建築:材料強度のばらつき分布、信頼性設計
• AI:尤度関数 L(θ) = Π p(xᵢ|θ)、ベイズ推定、サンプリング

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