Lärarutbildningsnämnden Matematik. Kursplan

Transkript

1 Dnr: FL 2008/5 Lärarutbildningsnämnden Matematik Kursplan Beslut om inrättande av kursen Kursplanen är fastställd av Lärarutbildningsnämnden, och gäller från höstterminen 2008 vid Karlstads universitet. Den ersätter tidigare kursplan LPGBLB. Kurskod: LPAC10 Matematisk fördjupning för lärare, 30 hp (Mathematics for Teacher, 30 ECTS Credits) Utbildningsnivå: avancerad nivå Progression: C Undervisningsspråk Svenska Behörighetskrav Matematik LPGALA, 60 hp Huvudområde Matematik Mathematics Kursens mål Kursens mål Kursens syfte är att de studerande skall utveckla goda och för läraruppgiften nödvändiga och relevanta kunskaper i matematik. Vidare skall studenten kunna visa - goda kunskaper i ämnet som vidgar perspektivet och ger en beredskap att möta nya situationer och nytt stoff och som ger en grund för vidare studier i matematik, matematikens didaktik, och andra ämnen där goda kunskaper i matematik är värdefulla. - fördjupade kunskaper om grundläggande begrepp inom matematisk analys, algebra och diskret matematik och en ökad inblick i hur matematiska metoder kan tillämpas på naturvetenskapliga och samhällsvetenskapliga problem. - förståelse för matematikens logiska struktur och för hur matematisk teori byggs upp samt ökad förmåga att läsa, sätta sig in i och förstå en matematisk text eller ett matematiskt problem Delkurs 1, Diskret matematik och algebraiska strukturer, 7,5 hp Kursens mål är att de studerande efter genomgången kurs skall kunna: - beräkna antal permutationer och kombinationer (med och utan återläggning). - beräkna antal heltalslösningar för ekvationer. - förenkla logiska uttryck. - avgöra sanningsvärdet hos en utsaga. - hantera grundbegreppen inom mängdläran (union, snitt, komplement- och delmängd, potensmängd). - avgöra om en given relation är reflexiv, symmetrisk, anti-symmetrisk eller transitiv. - använda gruppaxiomen för att avgöra om en given kompositionsregel på en mängd ger en grupp. - definiera några grundläggande begrepp inom gruppteorin som t.ex undergrupp, symmetriska grupper, ändliga grupper, cykliska grupper, isomorfi och homomorfi så att man kan hantera de valda begreppen för enklare

2 uppgifter. - definiera begreppet ring och använda definitionen för att visa några grundläggande regler för de reella talen, t.ex att (-a)(-b) = ab. - hantera begreppet ring vid moduloräkning och på polynom. - definiera begreppet kropp. - bevisa ett givet urval av kursens satser. Delkurs 2, Analys B1, 7,5 hp Kursens mål är att de studerande efter genomgången kurs skall: - känna igen klassiska ytor på implicit, explicit eller parameterform - kunna bestämma om en funktion av två variabler har gränsvärde i en punkt samt om en funktion är kontinuerlig i en punkt - kunna avgöra om en yta har tangentplan i en punkt och i förekommande fall kunna bestämma tangentplanets ekvation - kunna tillämpa kedjeregeln samt utföra implicit derivering - kunna lokalisera maximi, minimi och terasspunkter till funktioner av två och tre variabler samt lösa optimeringsproblem med hjälp av Lagranges multiplikatormetod - kunna förklara och använda centrala matematiska satser såsom speciellfall av implicita funktionssatsen, satsen om likhet mellan blandade partiella derivator av ordning två, satsen om gradientens egenskaper etc. - kunna beräkna dubbel- och trippelintegraler, linje- och ytintegraler samt känna till deras viktigaste geometriska och fysikaliska tolkningar - kunna förklara och använda de olika ekvivalenta beskrivningarna av ett konservativt vektorfält samt kunna tillämpa vektorkalkylens huvudsats för linjeintegraler av konservativa vektorfält - kunna bevisa ett givet urval av kursens viktigaste satser - visa förståelse genom att kunna kombinera begrepp, satser och erfarenheter av exempel, kunna upptäcka analogier och göra generaliseringar. Delkurs 3, Linjär algebra, 7,5 hp Kursens mål är att de studerande efter genomgången kurs skall kunna: - lösa linjära ekvationssystem med hjälp av elementära radoperationer. - till en given matris - beräkna dess determinant. - bestämma nollrum, kolonnrum och rang. - avgöra om dess rad- och/eller kolonnvektorer är linjärt beroende. - uttrycka den i en annan bas, i det fall den betraktas som linjär avbildning. - bestämma dess egenvärden, egenvektorer och, om så är möjligt, diagonalisera den. - tillämpa Satsen om inverterbara matriser (The Invertible Matrix Theorem) i syfte att kunna växla till en för problemet i fråga lämplig angreppspunkt. - avgöra om en given avbildning är linjär. Kunna bestämma baser för linjära rum och utföra basbyten. Kunna tillämpa ortogonala projektioner och minsta-kvadratmetoden samt kunna använda Gram-Schmidts metod. - klassificera kvadratiska former. Kunna klassificera kvadratiska kurvor och ytor i planet respektive rummet. Kunna skriva om kvadratiska former på kanonisk form. - använda inre produkter på ändligtdimensionella vektorrum. - modellera enkla tillämpade problem. - formulera i kursen ingående definitioner och satser. - bevisa ett givet urval av kursens viktigaste satser. - visa förståelse genom att kunna kombinera användningen av begrepp, satser och erfarenheter från exempel, se analogier och göra generaliseringar Delkurs 4 (alt 1), Tillämpad Analys, 7,5 hp (läses endast av studenter som redan läst Analys EA2 i sin inriktning) Efter avslutad kurs skall studenten kunna - bestämma läges- och spridningsmått för en uppsättning mätdata samt kunna konstruera diagram för dessa. - bestämma klassiska sannolikheter med hjälp av elementär kombinatorik. - beskriva skillnaden mellan beroende och oberoende händelser. - bestämma sannolikheter, väntevärde och varians för diskreta stokastiska variabler med hjälp av modellerna för binomial- och Poissonfördelningen, samt för enkla situationer med diskreta tvådimensionella fördelningar. - bestämma sannolikheter, väntevärde och varians för kontinuerliga stokastiska variabler med hjälp av

3 modellerna för normal- och exponentialfördelningen, samt för enkla situationer med kontinuerliga tvådimensionella fördelningar. - göra punktskattningar av väntevärde, standaravvikelse och relativ frekvens och kunna använda maximum-likelihood-metoden. - bestämma konfidensintervall för väntevärde och varians för normalfördelade variabler och kunna skatta sammanvägd varians för olika mätserier med samma varians. - identifiera matematiska problem som inte kan lösas med analytiska metoder och, om så behövs för lösbarhet, skriva om dem på en form lämplig för en numerisk metod. - härleda, analysera och använda numeriska metoder för lösning av icke-linjära ekvationer, lösning av linjära ekvationssystem, integralberäkning, funktionsapproximation och lösning av ordinära differentialekvationer med begynnelsevillkor. Delkurs 4 (alt 2), Analys EA2, 7,5 hp (läses istället för Tillämpad Analys av de studenter som inte redan har Analys EA2 i sin inriktning) Kursens mål är att de studerande skall tillägna sig grundläggande kunskaper och insikter om analys i en variabel, med inriktning mot integraler, differentialekvationer och serier. Efter fullgjord kurs skall studenten kunna - läsa och tolka matematisk, teknisk och naturvetenskaplig text - citera och förklara Taylors formel och begreppen talföljd, numerisk serie, potensserie och konvergens av talföljd och serie - använda Taylorutvecklingar för att approximera funktioner med polynom och för att göra gränsvärdesberäkningar - citera och förklara begreppen primitiv funktion och integral - genomföra konvergensundersökningar av potensserier och generaliserade integraler - teckna uttryck för och beräkna geometriska storheter såsom plan area, kurvlängd och rotationsvolym - citera, förklara och använda centrala matematiska satser för integraler, serier och differentialekvationer - hantera 1:a ordningens linjära och separabla differentialekvationer samt högre ordningens linjära med konstanta koefficienter - utföra kontroller av resultat och delresultat, för att verifiera att dessa är korrekta och rimliga - visa förståelse genom att kunna kombinera användningen av begrepp, satser och erfarenheter från exempel, se analogier och göra generaliseringar - bevisa ett givet urval av kursens satser Kursens huvudsakliga innehåll Kursen består av fyra delkurser: Delkurs 1, Diskret matematik och algebraiska strukturer, 7,5 hp Kombinatorik, mängdteori, relationer, logik, genererande funktioner, rekursiva samband samt grupper, ringar och kroppar. Delkurs 2, Analys B1, 7,5 hp Funktioner av två och tre variabler, ytor. Nivåkurvor och nivåytor, gränsvärde och kontinuitet, partiella derivator, tangentplan, differential, riktningsderivata och gradient, kedjeregeln, implicita funktionssatsen. Extremvärdesproblem, absoluta maximi- och minimipunkter till kontinuerliga funktioner på slutna och begränsade områden, Lagranges multiplikatorer och Taylorserieutveckling. Vektorfunktioner, kurvor och ytor på parameterform. Dubbel- och trippelintegraler: upprepade och variabelsubstitution. Vektorfält: konservativt och ickekonservativt, linje- och ytintegraler, tillämpningar. Delkurs 3, Linjär Algebra, 7,5 hp -System av linjära ekvationer med reella koefficienter. -Matrisalgebra och vektorrum. -Determinanter. -Egenvärden och egenvektorer. Allmänna reella vektorrum och linjära avbildningar. -Vektorrum med skalärprodukt. Gram-Schmidt processen och tillämpningar. Symmetriska matriser och kvadratiska former. Klassifieringen av andragradskurvor i planet och andragradsytor i rymden.

4 Delkurs 4 (alt 1), Tillämpad Analys, 7,5 hp Sannolikhetsbegreppets grundläggande definitioner och räkneregler, oberoende och beroende händelser samt kombinatorik. Diskreta fördelningar: binomial- och Poissonfördelning och något om tvådimensionella fördelningar. Kontinuerliga fördelningar: normal- och exponentialfördelning samt något om tvådimensionella fördelningar. Beskrivande statistik. Stickprovsvariabler, punktskattning av parameter. Maximum-likelihood-metoden och konfidensintervall. Stickprov på normalfördelade variabler. Felanalys och datoraritmetik. Numeriska metoder för lösning av icke-linjära ekvationer och linjära ekvationssystem, integralberäkning, funktionsapproximation, interpolation, samt lösning av ordinära differentialekvationer med begynnelsevillkor. Delkurs 4 (alt 2), Analys EA2, 7,5 hp Integrationsmetoder såsom partiell integration, variabelsubstitution, bestämma primitiver till vissa rationella funktioner och funktioner innehållande rotuttryck och trigonometriska funktioner. Tillämpningar av integraler såsom areaberäkning, kurvlängd och rotationsvolym. Generaliserade integraler. Taylor och Maclaurinutveckling av elementära funktioner, samt uttrycka resttermen på Lagranges form och ordoform. Första ordningens linjära och separabla differentialekvationer, samt linjära av högre ordning med konstanta koefficienter.konvergenskriterier och konvergensundersökning av serier. Leibniz konvergenskriterium. Potensserier. Något om numerisk lösning av integraler och differentialekvationer. Kurslitteraturlista och övriga läromedel Se separat dokument. Examination Examination Varje delkurs examineras för sig. På varje delkurs sker examinationen i form av skriftlig tentamen. Antalet tillfällen för prov för att bli godkänd är begränsat till tre gånger per läsår och delkurs. Betygsgrader Kursen bedöms enligt betygsskalan Underkänd (U), Godkänd (G) eller Väl godkänd (VG). För godkänd kurs krävs minst Godkänd i alla delkurser. Kursens betyg (Godkänd eller Väl godkänd) avgörs därefter genom att betygen för delkurserna vägs samman. Kvalitetsuppföljning Under och efter kursen sker en uppföljning av måluppfyllelse och förutsättningar för lärande i kursen. Dess främsta syfte är att bidra till förbättringar. Studenternas erfarenheter och synpunkter är ett av underlagen för granskningen, och inhämtas med hjälp av skriftlig kursvärdering och/eller kursvärderingsdiskussioner. Studenterna informeras om resultaten och eventuella beslut om åtgärder. Kursbevis Kursbevis erhålls på begäran av studenten. Övrigt Studenter som påbörjat en utbildning enligt den studieordning som började gälla skall fullfölja sina studier enligt den kursplan respektive utbildningsplan de är antagna till. Om de vid studiernas slut, vill få ut ett kursbevis eller examensbevis enligt den nya studieordningen, som träder i kraft , skall de prövas mot de kriterier som karaktäriserar denna studieordning. Överlappande kurser får inte samtidigt ligga till grund för examen.

5 Regler för utbildning på grundnivå och avancerad nivå vid Karlstads universitet, Dnr C2007/368, reglerar studenters och anställdas skyldigheter och rättigheter. Kursen ges som specialisering i matematik på lärarutbildningen mot grundskolans senare år och gymnasieskolan. För att möjliggöra byte av studieinriktning eller studieort kan i vissa fall examinator bestämma att en av delkurserna byts ut mot en individuellt anpassad kurs på 7,5 poäng. Karlstads universitet Karlstad Tfn Fax information@kau.se