visual-learning

大学解析学 インタラクティブ可視化

ε-δ論法・テイラー展開・多変数微分・フーリエ級数など、大学教養レベルの解析学を動かして理解できる POC 集。中高微積分の先を橋渡しします。

visual-learning シリーズ:数学・線形代数・物理・情報・AI・力学系・信号処理を含む全分野は シリーズ一覧 からたどれます。

極限と近似

テイラー展開

テイラー展開(次数アニメーション)

sin/cos/eˣ/ln(1+x) を n 次多項式で近似。次数を増やすと展開点付近で精度が上がる様子を視覚化。

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ε-δ論法

ε-δ論法(極限の厳密な定義)

∀ε>0, ∃δ>0, 0<|x-a|<δ ⇒ |f(x)-L|<ε。スライダーで ε を変えると必要な δ がリアルタイムで変化。

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多変数微分

偏微分

偏微分と接平面

z = f(x,y) の接平面を展開点 (a,b) でドラッグ変更。x・y 方向の断面から偏微分を確認。

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勾配ベクトル

多変数関数と勾配ベクトル

f(x,y) の等高線と ∇f = (∂f/∂x, ∂f/∂y)。勾配は等高線に直交し、最急上昇方向を指す。

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積分とベクトル場

二重積分

二重積分(フビニの定理)

∬_D f(x,y) dA を累次積分で可視化。分割数スライダーでリーマン和が理論値に収束する様子。

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ベクトル場

ベクトル場の回転と発散

div F(湧き出し)と curl F(渦)をカラーマップで表示。渦巻き・湧き出し・均一流・サドルを切替。

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グリーンの定理

グリーンの定理

∮_C (P dx + Q dy) = ∬_D (∂Q/∂x − ∂P/∂y) dA。線積分と面積分の一致を数値で確認。

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関数展開と最適化

フーリエ級数

フーリエ級数(ギブス現象)

矩形波・三角波・のこぎり波をN次フーリエ展開で近似。不連続点付近の9%オーバーシュート(ギブス現象)を観察。

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ラグランジュ乗数

ラグランジュ乗数法

拘束条件 g(x,y)=0 のもとで f を最小化。∇f = λ∇g が成立する点を等高線上で視覚確認。

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