Федеральное государственное образовательное учреждение
высшего профессионального образования
«МОСКОВСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ УНИВЕРСИТЕТ
ПРИРОДООБУСТРОЙСТВА»
Кафедра __Высшая_математика__
(название кафедры)
УЧЕБНО-МЕТОДИЧЕСКИЙ КОМПЛЕКС ДИСЦИПЛИНЫ
ЕН.Ф.01 «МАТЕМАТИКА»
(наименование дисциплины)
основной образовательной программы по направлению подготовки (специальности)
220501 «Управление качеством»
(код, наименование направления (специальности))
Москва 2010
МИНИСТЕРСТВО ОБРАЗОВАНИЯ РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ
|
УТВЕРЖДАЮ
Заместитель Министра образования Российской Федерации
_______________В.Д. Шадриков
« 27 » марта 2000г.
Регистрационный № 277 тех/дс
|
ГОСУДАРСТВЕННЫЙ ОБРАЗОВАТЕЛЬНЫЙ
СТАНДАРТ
ВЫСШЕГО ПРОФЕССИОНАЛЬНОГО ОБРАЗОВАНИЯ
Направление подготовки дипломированного специалиста
657000 УПРАВЛЕНИЕ КАЧЕСТВОМ
Квалификация - инженер - менеджер
Вводится с момента утверждения
Москва 2000 г.
ЕН.Ф.01
|
Математика. Аналитическая геометрия и линейная алгебра; последовательности и ряды; дифференциальное и интегральное исчисления; векторный анализ и элементы теории поля; гармонический анализ; дифференциальные уравнения; численные методы; функции комплексного переменного; элементы функционального анализа; вероятность и статистика; теория вероятностей, случайные процессы, статистическое оценивание и проверка гипотез, статистические методы обработки экспериментальных данных. Дискретная математика и математическая логика.
|
576
|
МИНИСТЕРСТВО СЕЛЬСКОГО ХОЗЯЙСТВА РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ
ФГОУ ВПО «Московский государственный университет
природообустройства»
УТВЕРЖДАЮ
Декан ___________________________факультета
Ф.И.О (подпись)
«______»____________________200 __г
РАБОЧАЯ УЧЕБНАЯ ПРОГРАММА
дисциплины.
____________ ЕН.Ф.01 «Математика» ___________
для специальности
_____ 220501 «УПРАВЛЕНИЕ КАЧЕСТВОМ»________
Кафедра
_________высшей__математики_______
Виды учебной работы
|
часов
|
семестры
|
Общая трудоемкость
|
576
|
I,II,III
|
Аудиторные занятия:
Лекции
Практические занятия, семинары
|
136
136
|
34 (I,II,III)
34 (I,II,III)
|
Самостоятельная работа
Курсовая работа (проект) (КР, КП),
Расчетно-графическая работа (РГР)
Домашнее задание (ДЗ)
Реферат (Р)
|
152
152
|
38 (I,II,III)
38 (I,II,III)
|
Вид итогового контроля
|
|
зачет, экзамен, экзамен
|
Москва 2010 г.
Цели и задачи дисциплины
1. Математика является не только мощным средством решения прикладных задач и универсальным языком науки, но также и элементом общей культуры. Математическое образование следует рассматривать как важнейшую составляющую фундаментальной подготовки. Целью математического образования является: привитие навыков современных видов математического мышления, использование математических методов и основ математического моделирования в практической деятельности, воспитание достаточно высокой математической культуры. Математическая культура включает в себя ясное понимание необходимости математического образования в общей подготовке, в том числе выработку представления о роли и месте математики в современной цивилизации и мировой культуре, умение логически мыслить, оперировать с абстрактными объектами и быть корректным в употреблении математических понятий и символов для выражения количественных и качественных отношений.
2. Дисциплина «Математика» относится к математическому и естественнонаучному циклу. Её изучение не требует предварительных знаний, выходящих за пределы программы общеобразовательной средней школы. Студент должен уметь проводить алгебраические преобразования, решать уравнения и неравенства, знать основные тригонометрические формулы, проводить тригонометрические преобразования, решать тригонометрические уравнения, знать основные геометрические фигуры, и уметь находить их площади, знать основные виды многогранников и тел вращения и уметь вычислять их площади поверхностей и объёмы. У него должно быть сформировано понятие функции, ее графика и основных ее свойств (монотонность, четность, периодичность).
Овладение основными понятиями дисциплины «Математика» необходимо для последующего изучения механики, материаловедения, электротехники, финансов, геологических изысканий, водоснабжения, изучаемых в рамках направления «Управления качеством».
Требования к уровню освоения содержания дисциплины
Специалист должен:
знать: основы линейной алгебры и аналитической геометрии, методы математического анализа в части дифференциального и интегрального исчисления; теорию дифференциальных уравнений и рядов; основы теории вероятностей и математической статистики.
уметь: решать системы линейных уравнений, вычислять производные и интегралы, решать дифференциальные уравнения, обращаться к информационным системам (Интернет, справочная и другая математическая литература) для пополнения и уточнения математических знаний.
владеть: математическими понятиями и символами для выражения количественных и качественных отношений, математическими методами и алгоритмами в приложениях к техническим наукам.
3. Содержание дисциплины
1. Разделы дисциплины и виды занятий
№
п/п
|
Раздел
дисциплины
|
Трудоемкость (час)
|
Лекции
|
Практические
занятия, семинары
|
Лаборатор-
ные
работы
|
Вид самостоятельной
работы*
|
Л
|
Пз
|
ЛР
|
Р
|
КП,
КР
|
РГР,ДЗ
|
1
|
Элементы линейной алгебры и аналитической геометрии
|
18
|
14
|
|
|
|
|
|
18
|
10
|
2
|
Ведение в анализ.
|
5
|
6
|
|
|
|
|
|
6
|
5
|
3
|
Дифференциальное исчисление функции одной переменной
|
11
|
14
|
|
|
|
|
|
18
|
10
12
|
4
|
Интегральное исчисление
функции одной переменной.
|
12
|
12
|
|
|
|
|
|
9
|
10
|
5
|
Функции нескольких переменных.
|
4
|
4
|
|
|
|
|
|
7
|
5
|
6
|
Обыкновенные дифференциальные уравнения.
|
12
|
12
|
|
|
|
|
|
8
|
10
10
|
7
|
Числовые и степенные ряды.
|
6
|
6
|
|
|
|
|
|
10
|
5
|
8
|
Кратные, криволинейные и поверхностные интегралы.
|
16
|
18
|
|
|
|
|
|
10
|
10
10
|
9
|
Векторный анализ
|
10
|
8
|
|
|
|
|
|
6
|
5
|
10
|
Функциональные ряды
|
4
|
4
|
|
|
|
|
|
6
|
5
|
11
|
Элементы функционального анализа.
|
2
|
2
|
|
|
|
|
|
6
|
5
|
12
|
Элементы дискретной математики.
|
2
|
2
|
|
|
|
|
|
6
|
5
|
13
|
Теория вероятностей .
|
18
|
20
|
|
|
|
|
|
20
|
10
15
|
14
|
Элементы математической статистики
|
16
|
14
|
|
|
|
|
|
20
|
5
5
|
|
ИТОГО
|
136
|
136
|
|
|
|
|
|
152
|
152
|
* подготовка к лекциям (Л), практическим занятиям (ПЗ), лабораторным работам (Л), подготовка реферата (Р), раздела КП, КР, РГР, ДЗ
2 Содержание разделов дисциплины
№ п/п
|
Наименование раздела дисциплины
|
Содержание раздела
|
1.
|
Линейная алгебра
|
Основные сведения о матрицах. Виды матриц. Действия над матрицами. Определители квадратных матриц и способы их вычисления. Свойства определителей. Невырожденные матрицы. Обратная матрица. Решение матричных уравнений. Линейная зависимость и независимость строк (столбцов) матрицы. Ранг матрицы. Теорема о ранге матрицы. Основные понятия и определения. Матричная запись системы линейных уравнений. Решение систем линейных уравнений с невырожденной матрицей. Формулы Крамера. Метод Гаусса. Теорема Кронекера-Капелли
|
2.
|
Аналитическая геометрия.
|
Декартова прямоугольная система координат в трехмерном пространстве. Векторы. Координаты вектора. Линейные операции над векторами. Скалярное произведение векторов и его свойства. Угол между двумя векторами. Условия коллинеарности и ортогональности двух векторов. Векторное и смешанное произведения. Уравнение линии на плоскости. Уравнение прямой с угловым коэффициентом. Уравнение прямой, проходящей через две данные точки. Общее уравнение прямой. Угол между двумя прямыми. Условия параллельности и перпендикулярности двух прямых. Расстояние от точки до прямой. Кривые второго порядка: окружность, эллипс, гипербола, парабола, их геометрические свойства и уравнения. Уравнение поверхности. Общее уравнение плоскости. Взаимное расположение двух плоскостей: условия параллельности и перпендикулярности плоскостей. Угол между плоскостями. Расстояние от точки до плоскости. Прямая в пространстве. Канонические и параметрические уравнения прямой в пространстве. Уравнения прямой, проходящей через две точки. Угол между двумя прямыми. Условия параллельности и перпендикулярности двух прямых. Взаимное расположение прямой и плоскости в пространстве. Поверхности второго порядка: сфера, эллипсоид, эллиптический параболоид, цилиндрическая поверхность, конус.
|
3.
|
Ведение в математический анализ.
|
Символика математической логики и ее использование. Множество действительных чисел. Комплексные числа, действия с ними. Изображение комплексных чисел на плоскости. Модуль и аргумент комплексного числа. Алгебраическая и тригонометрическая формы записи комплексного числа. Формула Эйлера. Показательная форма записи комплексного числа. Корни из комплексных чисел. Функция. Функции комплексного переменного. Область ее определения. Способы задания. Основные элементарные функции, их свойства и графики. Сложные и обратные функции. Класс элементарных функций. Числовые последовательности и их пределы. Свойства сходящихся последовательностей. Предел функции. Бесконечно малые величины и их свойства. Бесконечно большие величины. Связь бесконечно больших и бесконечно малых. Основные теоремы о пределах функций. Первый и второй замечательные пределы. Сравнение бесконечно малых. Эквивалентные бесконечно малые. Определение непрерывности функции. Классификация точек разрыва
функции. Свойства функций, непрерывных на отрезке: ограниченность, существование наибольшего и наименьшего значений, существование промежуточных значений.
|
4.
|
Дифференциальное исчисление функции одной переменной.
|
Определение производной функции. Геометрический и механический смысл производной. Уравнения касательной и нормали к кривой. Производная постоянной, суммы, произведения и частного двух функций. Производная обратной функции. Таблица производных. Дифференцируемость функции. Связь понятий дифференцируемости и непрерывности. Производная сложной функции. Дифференциал функции. Связь дифференциала с производной. Геометрический смысл дифференциала. Приближенные вычисления с помощью дифференциала. Производные функции, заданной параметрически. Производные и дифференциалы высших порядков. Теоремы Ферма, Ролля, Лагранжа, Коши. Раскрытие неопределенностей и правило Лопиталя. Формула Тейлора. Условия возрастания и убывания функции. Локальный экстремум функции. Необходимые и достаточные условия существования локального экстремума. Отыскание наибольшего и наименьшего значений непрерывной на отрезке функции. Исследование на экстремум функции с помощью производных второго порядка. Исследование графика функции на выпуклость и вогнутость. Точки перегиба. Асимптоты кривых. Общая схема исследования функции и построения графика функций.
|
5.
|
Интегральное исчисление функции одной переменной.
|
Первообразная. Неопределенный интеграл. Свойства неопределенного интеграла. Таблица основных интегралов. Основные приемы интегрирования: замена переменной и интегрирование по частям. Интегрирование дробно-рациональных функций. Интегрирование выражений, содержащих тригонометрические функции. Интегрирование некоторых иррациональных выражений. Задача, приводящая к понятию определенного
интеграла. Определение определенного интеграла, как предела интегральных сумм. Основные свойства определенного интеграла. Формула Ньютона-Лейбница. Замена переменной в определенном интеграле. Интегрирование по частям в определенном интеграле. Приложения определенного интеграла. Несобственные интегралы.
|
6.
|
Дифференциальное исчисление функции нескольких переменных.
|
Понятие функции нескольких переменных. Область определения. Геометрический смысл функции двух переменных. Предел функции. Непрерывность. Основные свойства непрерывных функций. Частные приращения и частные производные функции. Дифференцируемость функции. Полное приращение и полный дифференциал функции нескольких переменных. Геометрический смысл. Частные производные сложных и неявных функций. Уравнения касательной плоскости и нормали к поверхности. Частные производные и дифференциалы высших порядков. Применение полного дифференциала для приближенных вычислений. Скалярное поле. Производная по направлению. Градиент. Необходимые и достаточные условия существования локального экстремума функции двух переменных.
|
7.
|
Кратные, криволинейные и поверхностные интегралы.
|
Понятие двойного и тройного интегралов, их свойства. Геометрический смысл двойного интеграла. Вычисление кратных интегралов последовательным интегрированием. Замена переменных в двойном и тройном интегралах. Полярные, цилиндрические и сферические координаты. Криволинейные интегралы двух видов. Поверхностные интегралы. Формулы Грина, Гаусса-Остроградского, Стокса. Геометрические и физические приложения интегрального исчисления.
|
8.
|
Ряды.
|
Числовой ряд. Сумма ряда. Свойства сходящихся рядов. Необходимое условие сходимости ряда. Признаки сходимости рядов с положительными членами: признаки сравнения, признак Даламбера, радикальный и интегральный признаки Коши. Знакопеременные ряды. Абсолютная и условная сходимости. Теорема Лейбница. Степенные ряды. Теорема Абеля. Радиус и интервал сходимости степенного ряда. Свойства степенных рядов. Почленное дифференцирование и интегрирование степенных рядов. Разложение функций в ряды Тейлора и Маклорена. Применение рядов к приближенным вычислениям. Понятие о рядах Фурье. Формула Эйлера-Фурье. Приложение функциональных рядов.
|
9
|
Обыкновенные дифференциальные уравнения.
|
Основные понятия и определения. Дифференциальные уравнения первого порядка. Задача Коши. Формулировка теоремы существования и единственности решения задачи Коши. Уравнения с разделяющимися переменными. Однородные дифференциальные уравнения первого порядка. Линейные дифференциальные уравнения первого порядка. Дифференциальные уравнения высших порядков, допускающие понижение порядка. Линейные дифференциальные уравнения высших порядков. Линейная зависимость и линейная независимость функций. Определитель Вронского. Структура общего решения линейного однородного уравнения и линейного неоднородного уравнения. Решение линейного однородного дифференциального уравнения с постоянными коэффициентами. Характеристическое уравнение. Отыскание частного решения линейного неоднородного уравнения с постоянными коэффициентами методом подбора по виду правой части. Вариация произвольных постоянных (метод Лагранжа). Приложение дифференциальных уравнений в различных областях науки и техники. Понятие о системах дифференциальных уравнений.
|
10.
|
Векторный анализ.
|
Скалярное поле. Поверхности уровня и линии уровня скалярного поля. Производная по направлению. Градиент скалярного поля и его свойства. Инвариантное определение градиента. Векторное поле. Векторные линии, векторные трубки. Односторонние и двусторонние поверхности. Поток векторного поля через поверхность. Физический смысл потока в поле скоростей жидкости. Теорема Остроградского и выражение потока векторного поля через замкнутую поверхность интегралом по объему. Дивергенция векторного поля. Инвариантное определение дивергенции и ее физический смысл. Соленоидное поле и его свойства. Линейный интеграл в векторном поле. Работа силового поля. Циркуляция векторного поля. Теорема Стокса. Ротор поля и его свойства. Потенциальные поля и их свойства. Условие потенциального поля. Вычисление линейного интеграла в потенциальном поле. Оператор Гамильтона и его применение.
|
11.
|
Функциональные ряды.
|
Понятие ортонормированной системы функций. Ортогональность тригонометрической системы на интервале (-π,π). Тригонометрический ряд Фурье функций, заданных на интервале (-π,π). Коэффициенты Фурье. Разложение в тригонометрический ряд Фурье функций, заданных на интервале (-l,l).Условие Дирихле. Теорема о разложение функции в ряд Фурье (без доказательства). Ряды Фурье для четных и нечетных функций.
|
12.
|
Элементы функционального анализа.
|
Определение векторного пространства. Линейные отображения. Функционалы. Гильбертовы пространства. Пространства ограниченных линейных операторов. Билинейные формы и связь их с операторами. Квадратичная форма. Частичные изометрии.
|
13.
|
Элементы дискретной математики.
|
Основные понятия теории графов. Языки и грамматики. Автоматы.
|
14.
|
Теория вероятностей.
|
Предмет теории вероятностей. Случайные события. Алгебра событий. Аксиоматическое определение вероятности. Классическое определение вероятности. Формулы комбинаторики. Геометрические вероятности. Условная вероятность. Правило умножения вероятностей. Формула полной вероятности. Формула Байеса. Схема Бернулли. Формула Бернулли. Формула Пуассона. Локальная и интегральная формулы Муавра-Лапласа. Понятие случайной величины. Закон распределения. Функция распределения случайной величины. Вероятность попадания случайной величины на заданный участок. Плотность распределения. Роль и назначение числовых характеристик случайной величины. Математическое ожидание и его свойства. Дисперсия случайной величины и ее свойства. Дискретные случайные величины: биномиальное распределение, геометрическое распределение, распределение Пуассона. Непрерывные случайные величины: равномерное распределение, показательное распределение, нормальное распределение. Вероятность попадания нормальной случайной величины в заданный интервал. Системы случайных величин. Функция распределения и плотность распределения вероятностей двумерной случайной величины. Условные законы распределения. Числовые характеристики системы двух случайных величин. Корреляционный момент, коэффициент корреляции. Двумерное нормальное распределение. Регрессия. Неравенство Чебышева. Закон больших чисел. Теорема Бернулли. Центральная предельная теорема.
|
15.
|
Элементы математической статистики.
|
Предмет и задачи математической статистики. Генеральная и выборочная совокупности. Способы отбора. Вариационный ряд. Статистическая функция распределения. Графическое изображение статистических рядов. Основные понятия теории оценок. Классификация точечных оценок. Метод моментов. Метод наибольшего правдоподобия. Доверительные интервалы. Доверительные интервалы для оценки математического ожидания и среднего квадратического отклонения нормального распределения. Статистическая гипотеза. Статистический критерий проверки гипотезы. Ошибки первого и второго рода. Уровень значимости статистического критерия. Мощность критерия. Проверка гипотезы о нормальном распределении генеральной совокупности. Критерий согласия Пирсона.
|
Вопросы к зачету:
Элементы векторной алгебры и аналитической геометрии.
Определители второго и третьего порядков и их свойства.
Системы двух и трех линейных уравнений с двумя неизвестными. Правило Крамера.
Скалярные и векторные величины. Проекция вектора на ось.
Линейные операции над векторами, их основные свойства. Коллинеарные векторы.
Прямоугольная система координат в пространстве. Координаты точки, вектора, проекции вектора на координатные оси. Длина вектора. Направляющие косинусы вектора. Расстояние между двумя точками.
Разложение вектора по базису.
Линейные операции над векторами в координатной форме. Условие коллинеарности векторов.
Деление отрезка в данном отношении.
Скалярное произведение векторов и его свойства. Выражение скалярного произведения через координаты векторов.
Определение компланарных векторов. Правая и левая тройки векторов. Правая и левая системы координат.
Определение векторного произведения, его свойства. Выражение векторного произведения через координаты векторов.
Смешанное произведение векторов и его свойства. Выражение смешанного произведения через координаты векторов.
Уравнение линии на плоскости. Линии первого порядка. Уравнение прямой с угловым коэффициентом. Уравнение прямой, проходящей через данную точку, с данным угловым коэффициентом.
Уравнение прямой, проходящей через данную точку, с данным направляющим вектором. Уравнение прямой, проходящей через две данные точки.
Уравнение прямой, проходящей через данную точку, с данным нормальным вектором.
Общее уравнение прямой.
Угол между двумя прямыми. Условия параллельности и перпендикулярности двух прямых.
Уравнение прямой «в отрезках».
Расстояние от точки до прямой.
Линии второго порядка: эллипс, гипербола и парабола.
Уравнение поверхности. Уравнение плоскости, проходящей через данную точку, с данным нормальным вектором. Общее уравнение плоскости.
Угол между двумя плоскостями. Условия параллельности и перпендикулярности двух плоскостей.
Уравнение плоскости, проходящей через три точки.
Нормальное уравнение плоскости. Расстояние от точки до плоскости.
Уравнения линии в пространстве. Общие уравнения прямой в пространстве.
Канонические уравнения прямой. Параметрические уравнения прямой.
Угол между двумя прямыми. Условия параллельности и перпендикулярности двух прямых.
Угол между прямой и плоскостью. Условия параллельности и перпендикулярности прямой и плоскости.
Поверхности второго порядка.
Введение в математический анализ.
Определение числовой последовательности. Ограниченные и неограниченные последовательности.
Предел последовательности. Свойства сходящихся последовательностей (единственность предела, ограниченность последовательности).
Бесконечно малые и бесконечно большие последовательности. Теорема о связи бесконечно малых и бесконечно больших последовательностей.
Свойства бесконечно малых последовательностей.
Свойства пределов последовательностей. Предельный переход в неравенствах.
Монотонные последовательности. Теорема о монотонной ограниченной последовательности (без доказательства). Число е.
Определение функции. Способы задания функции.
Определение предела функции в точке (определения на языке « » и на языке последовательностей). Предел функции на бесконечности.
Теоремы о пределах функций.
Односторонние пределы. Связь между односторонними пределами и пределом функции в точке.
Первый и второй замечательные пределы.
Бесконечно малые и бесконечно большие функции, их свойства.
Сравнение бесконечно малых и бесконечно больших функций.
Использование эквивалентных бесконечно малых и бесконечно больших функций при вычислении пределов. Таблица эквивалентных бесконечно малых.
Определения непрерывности функции в точке. Арифметические операции над непрерывными функциями.
Непрерывность элементарных функций. Теорема о непрерывности сложной функции.
Теорема о существовании и непрерывности обратной функции.
Основные свойства непрерывных функций: устойчивость знака непрерывной функции, прохождение через любое промежуточное значение, ограниченность, существование наибольшего и наименьшего значений непрерывной на отрезке функции.
Определение и классификация точек разрыва функции.
Дифференциальное исчисление функции одной переменной.
Определение производной, ее геометрический и физический смысл.
Определения касательной и нормали к кривой. Уравнения касательной и нормали к кривой.
Определение дифференцируемости функции в точке. Необходимое и достаточное условие дифференцируемости функции.
Теорема о связи между дифференцируемостью и непрерывностью функции.
Дифференциал функции, свойства дифференциала и его геометрический смысл.
Правила дифференцирования: производная суммы, произведения и частного двух функций.
Производная обратной функции.
Производная сложной функции.
Таблица производных.
Логарифмическое дифференцирование.
Производные высших порядков.
Производные первого и второго порядков функции, заданной параметрически.
Основные теоремы дифференциального исчисления: теоремы Ферма, Лагранжа, Ролля, Коши.
Правило Лопиталя и его применение при вычислении пределов
Формула Тейлора. Формула Маклорена. Разложение некоторых элементарных функций по формуле Маклорена:
Достаточные условия возрастания и убывания функции.
Определение точек локального экстремума функции. Необходимые условия существования локального экстремума.
Достаточные условия существования локального экстремума функции (первое и второе правила).
Определение выпуклой и вогнутой кривой. Достаточные условия выпуклости и вогнутости графика функции.
Определение точки перегиба кривой. Необходимые и достаточные условия существования точки перегиба.
Вертикальные, горизонтальные и наклонные асимптоты графика функции.
|
