使いこなさない、使えるCAEのブログ
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偏微分-変数独立性 理解者-重視者 増えて欲しいですが、何故か学校で教えられず、更に念押し説明

①学校で学ばない 偏微分=多変数(函数)の、1変数だけ変化させた微分 X Yでの偏微分は、数学最難関。そんな一番大事な事が、 教えられず-学べず-情報発信なし

②基本基礎が最難関-基礎足りえず 辺に沿い移動(変化) ⇒ 直交格子以外 X-Y 双方座標値変化 ⇒ 1変数だけ変化にならず偏微分×  ⇒ テイラー展開元にした応用性喪失

③連続体-離散計算を(数学上)完全視しがち 偏微分不完全でも論文に記載されぬ事が多い(特別扱い? 計算分野はそんなもの?)①に示すよう、理論の限界学ばず、完璧と考えがち

 

上記、今のままだと(気にせずOKッ)騙してる風で… (X,Y)(XY,Z) 座標空間上の関数Fの2節点を接続すると、簡単な数式に従い、Xの変化に対し、YやZも(線に沿って)追従変化

⇒ 多変数関数 F(X,Y) F(X,Y,Z)は ⇒ F(X,AX+B) F(X,AX+B,CX+D)  1変数関数化 (Xの変化に対し、YやZが追従変化)

⇒ 多変数のうち、1変数だけ変化させる事が困難化 ⇒ 偏微分計算不可に陥る(A=0等除く)

⇒ 基礎たる偏微分が駄目だと、数学が、幾多の座標関わる領域(分野)で、応用性-実用性喪失 

前々回ブログ-シュワルツ提灯-3Dグラデ-ション画は1階偏微分  磁場-温度-速度-圧力-応力歪場等 場の計算は、座標での2階偏微分必須  量子力学でも要。

座標での偏微分関わる問題は、重要-深刻だが…数学-物理-計算情報学-プログラミング等、どこかで学ぶべきが学ばず。

又、数学は、やたら難解&数式に着目するよう誘導。座標関わる問題は、数式上◎でも注意。数式-座標 対応が重要な筈。

(私の場合)座標(X,Y,Z)を変数とする数学は、大学2年まで。3年で学んだのは、直角直交 重視せぬ変な数学。数学の、欠陥-弱点、隠すため体系組まれている? そう考えると、辻褄合うようなヤバイ感…

微分-偏微分  共に微小変数変化に対する物理量勾配。離散計算において、直交格子だと、(実装されたテクニック未使用化)各手法(差分法もFEMも、偏微分は)微分定義通りの計算に…

一階偏微分を、差分法は、2メッシュ(2*ΔX)で、FEMは、1メッシュ(ΔX)で計算。差はありますが、直交なら偏微分-微分-同一計算。

直交せぬ場合、偏微分は、微分と非なる勾配合成計算。テクニックに頼っても、(一変数関数を無理に偏微分では)定義通りの変数独立計算実現せず。

(上図-右)数学的完全性求めるなら、偏微分の定義満たす場所に節点デ-タ要 ⇒ だと直交格子限定  形状再現が難  それが数学の痛い限界

「座標での偏微分」解けぬ概念元に理論構築。「工学の理論体系自体、欠陥抱えている」 基礎が基礎でしかなく、基本基礎逸脱が実用に必須。だと一体、何のための勉強なのか?

連続体近似の離散計算分野主流は、デローニ三角メッシュ。正しく計算している風で、

X-Y-Z連動させれば⇒節点存在せずで直交箇所の値が出る⇒それで偏微分計算  斜め向-水平向-勾配合算で偏微分 正三角で、変数独立度 COS(60°)=0.5 みたいな。実は正しい数学でない。

正三角で、角度60度斜交座標系で偏微分可。90度デカルト系に変換すると、X-Y組合せ要&変数独立性喪失&三角の勾配が偏微分になってしまう(一次精度で2点でなく3点で勾配計算)

数式上は◎に見える。論文等での利用時、FEMのような連続体近似計算の場合、数学上不完全な近似とは記載されず(特別扱い?)正しい数学と認識しがち。

教科書は、図少なく数式氾濫。(図-幾何から目そらさせ?)数式に着目させ騙してる風にも見える 座標での偏微分に関しては「数式操作できれば大丈夫」でもなく注意。

座標での偏微分は、(一見簡単そうだが)一変数のみ変化させる条件が厳しく要注意。 (元から一変数で)微分は簡単。座標での偏微分は超計算難。

理工数学最大の問題-難関-罠-落し穴思いますが、『落し穴ありと教えられず』『重視されず』 偏微分は、(重要なのに)何故か情報も殆ど出てなく注意。

偏微分-変数独立性 次第に理解されつあるか? じゃなく離散計算は、数学上完全視されか? 座標での偏微分さえ解ければ、基礎⇒応用実用 (解けているよう見えて)

数学上完全なのは四角-直方まで。 自在形状では不完全。また、論文で離散計算利用時、偏微分-不完全性に対し、説明-注釈ない事が多く、数学上完全視されがち

『超賢い離散計算アプリ開発者が上手くやってる筈。大丈夫』 思うと×。ちゃんとやっていても、数学上の限界は超えられず注意。

限界突破しないと応用到達せず。理工全域での、数学の痛い問題。数学における最大の罠。致命的ですが

2変数関数F(X,Y)の2点を線で結ぶと、Fは線分示す関数G(X)で一変数化。(線に沿って移動すると)

Xの変化に、Yも追従変化 ⇒  多変数の、1変数のみ変化させる、偏微分対象外の変数(Y)定数化(変数独立)が実現せず

「本来偏微分できぬ一変数関数を偏微分」 パラドクス的状況に陥る。座標軸に対し、斜め移動では、偏微分対象外の変数が定数化せず、駄目で当然(平行移動が◎)

線分向ー座標軸一致のため、局所座標いう手段もあります。∂F/∂ξ  は◎。 ξ に対し垂直成分の計算には、垂直向にデ-タ必須(偏微分 partial derivatives 複数形-複数成分)

離散計算の限界-数学の限界 数学総動員して完全解決せぬ感。座標での偏微分は、(多変数の1変数のみ変化させる)偏微分の定義ー変数独立性-守れぬ事態に陥り易い

理工全域で、数学実用-有用性に拘わる重大問題。 な筈が(何故か)軽視。 理工分野の専門家は誰も触れず。不可解&ヤバイ感。何となく、偏微分に対し、

『極力、触れぬよう』 気遣ってるよう見えなくもない。一番大事な事が触れてならぬタブーなのか? 偏微分-変数独立性いう、数学の限界知られたくない?

以上、全て私の妄想。単に、先生は、知らない&判ってない  その可能性も大。教育者-指導者たる先生が、それだと甚だ問題。書籍に書いてないと、そうなってしまう?

「偏微分は理解するには難し過ぎる」 て事はない筈。 座標による偏微分-変数独立性に関して、『致命的』『大変痛い』 書いてくれれば、判り良いのですが…

 

上図で、X1=X2 or Y1=Y2  線分が、座標軸に平行なら偏微分可(直交格子限定) 座標での偏微分は、変位-歪-応力等(力学全域)流体-電磁場でも必須だが超計算難。

そんな理論弱点は、判り良く示されず。学ぶ数学自体判り難く、離散計算を完全思う人が多いか? 偏微分を誤魔化し解いている。基本-基礎逸脱している。書いていない。

論文等に利用した場合、数学上不完全でも、論文に記述せぬルール。恐らく、離散計算普及前は、数学上正しくない計算は、工学論文に出なかった予想。

多変数の1変数だけ変化が実現せぬ、変数独立性守らぬ偏微分含む手法が(複雑で処理全貌-理解難)計算能力向上で普及。それで変になってしまった? 

離散計算アプリ活用は盛ん。数学的不完全さ伝えられず(計算学-情報学の誤差分類に、偏微分がない)騙す風でもあり要改善か? 見た目は解けてる風で、近似計算としてOKか?

静磁場-低Re数等、分布緩慢な問題には十分だが、分布が鋭敏だと、なかなか難。

 

座標での偏微分は、点から、座標軸に対し平行移動先に点が存在しないと計算不可。守れぬ厳格な条件が災い。簡単であるべき基本-基礎だが、全然簡単でない。

微分は解けるが、勉強しても解けぬ座標での偏微分。基本-基礎として問題だが、基本に据えざるを得ず しっかり勉強すれば大丈夫 じゃなく注意。

数学最大の弱点思いますが、その弱点伝達がない不思議。 短所-弱点-落し穴-注意点  教えずだと 教育側の任務放棄-無責任では? 思ったりします。

又、前回ブログ、シュワルツ提灯は、筒のみならず、△▼△▼ 平面以外の分割曲面に必ず発生。そちらも、重視されるべき思います。 (教科書に出ず 特殊例な扱い?)

偏微分-変数独立性は、特に、理論屋には、重大問題な筈。短所軽視? 肝心な事は教えず? 短所ー落し穴 気付いて欲しくない?  て事はない思いますが…

 

(明解化の真逆)数学の体系自体、難解な数式-記号で溢れ(簡単な事を)不必要に、難儀-難解化 させているよう見える。短所-弱点 隠す意図?

偏微分-変数独立性は、理工の数学にて最重要にも拘らず詳細説明なし(偏微分の定義  変数独立性守れぬ状況に陥る 罠-落し穴ありにも拘わらず)

分り良く丁寧な、指導-教育必須な筈。全然出来てない感。これ程の、重大事項軽視は、珍しい思いますが、それが、理工の数学で起こって良いのか? ウ~ム

 

デローニ三角分割による離散計算を推進するため、座標での偏微分-変数独立性-重要事項に触れず。触れると離散計算の推進に支障? 

偏微分-変数独立性は、離散計算-実用最大障壁。 直交格子以外、数学的完全性は諦めるしかなし。対策は、メッシュ品質向上。数学的不完全さをマシにする程度。しかないと思います。

 

 

 

シュワルツ提灯も偏微分起因思います。理工分野の、座標関わる数学=怪しい。怪しさに触れぬ教育は問題

(X-Y-Z)での偏微分が、理工の数学 最大の弱点 思いますが… 数学書に弱点と書いてる訳でなく判り難い。如何に判り良く示すか思案。

△▼△▼ 分割で、曲面が滑らかさ喪失 ⇒ 筒にダイヤモンドカット風凹凸発生 ⇒ シュワルツ提灯。偏微分正しく解けぬ点が原因か? 違うのか?(違ってない筈)悩んでます

物理量折線グラフ的近似で(3次元で)実際と差異発生 。対Z軸勾配傾斜変動であり、Zでの偏微分変動でもある筈。(下例左-A=0)ある要素がマイナス傾斜で、隣の要素はプラス傾斜。又、要素形状次第で傾斜変動

 

直交性なき場合、アイソパラメトリック要素では、1次精度で3点ー三角域の物理量傾斜で偏微分計算(前回ブログ:四辺形要素例)(下例:X一定でない場合、実は正しく偏微分できぬ例)

一次精度近似では、(条件満たす)(例:X一定)2点での計算手法のみ数学上◎。直交格子以外の離散計算、三角3点で一次精度で偏微分 ⇒ 正しい数学でない

正しくないので数学書に出ず。1次精度で2点で計算ならテイラ-展開に一致。だと直交格子限定。自在形状に対応難。数学的正しさを理解頂くのは難

変数独立実現せぬ手法 偏微分対象外の変数が定数化せぬ手法 ⇒ 数学上◎思う人は多い感。数学上◎なら、数学書掲載ですが…

偏微分は独立変数でのみ可。Xの偏微分は(X以外の変数は一定)Xのみ変化させ実施。(組合せ禁止 直交格子以外は組合せ計算 or 定数化無視した割切った計算)

Zでの偏微分時はX一定 Zのみ変化させ計算が正しい数学(直交性必須)離散計算手法は、(変則故)書籍未記載。書いてないので勉強しても判らず

理工数学にて(重要な)偏微分は軽視。微分ばかり重視。座標の偏微分は、(変数独立性)厳しい制約守ってこそで超難。変数固定して微分でOK。簡単風解説が主流。 

3Dグラデーション画が、三角ポリゴンで画質悪化。3点の傾斜計算=三角の勾配として数学上完全に正しいが、曲面勾配に合致せず。特に、粗いメッシュで凹凸発生&勾配一定せず

3Dグラデ-ション画=身近な数学限界な感。理工の、座標関わる数学は怪しい 気付く必要。バリバリ数学できれば◎ じゃない?  やたら難解な大学数学。難解過ぎて限界が判り難い

偏微分解く上で、トリック潜んでいる風な離散計算。数学上の誤魔化し見破る必要性…見破る必要なし 明解解説が◎ なのでコツコツ発信が私…

いうか、偏微分扱う書籍殆どなし。力学全域-偏微分必須。実用上必須勉学が重視されぬ感。多いのは、常微分…必須は座標での偏微分。厄介で扱わず? 本来、

偏微分厄介さが良く判る勉学構成が◎ (X-Y-Z)の偏微分-節点位置関係 示せば判るがしない。H(X,Z) のような、X-Y-Zでなく 一般化され H(X1-X2-X3-X4…XN)  等で難解&気利かず

多変数の一変数だけ変化させた微分=偏微分。座標での偏微分は、直交格子は完全。他はテイラ-展開が正しく使えず難 。そんな事が数学書未記載。ネットにも情報なし

 

(1次精度-2点 2次精度-3点)条件満たす(上例右:X一定な隣接点)デ-タ元に、微分と完全同一の偏微分計算が◎(微分と完全同一でない偏微分計算⇒数学的に×)

FEMアイソパラメトリック要素は、通常の微分近似でなく三角域の物理量勾配で偏微分計算⇒局所系↔全体  直交↔直交 でない場合、斜交系から勾配2個以上を組合わせ偏微分⇒変数独立に反し×

数学上正しくない事を知らさず)研究教育活用… (直交格子以外、数学上正確な偏微分でない)離散計算で、変数独立性守らず偏微分行った場合、特に注釈注記不要っぽく、分野の慣例か?ウ~ム?

解析アプリ活用は盛ん。変数独立性守らぬ偏微分対象外の変数が定数化せぬ手法が普及。偏微分対象外の変数は定数化せずと注記なく紛らわしい。正しく偏微分出来ている。っと間違う人が…

 

数学で可能な限界範囲逸脱=離散計算。実用優先で数学的正しさ喪失=技術上仕方なし? なのでOKッ! じゃない筈 それが知らされずで良いのか? (各分野で普及済だが、変則故書籍に出ず)

座標-節点位置 と偏微分の関係等、判り良く示すのが、あるべき教育な筈。理工の学術教育分野で広く普及 活用普及させている当事者が、(正しくテイラ-展開適応せぬ)離散計算の独特さに触れず

正しい数学でない事を説明せず(理工基本たる)偏微分に注力せず、大変無責任いうか、学び手ー理論活用者-関係者を騙してるような、何のための理工教育なのか?

重要な数学弱点が判り良く示されず。問題発信する専門家-物理学者-数学者はいない。微分は重視。問題は偏微分。肝心な事に触れぬ体質?(何となく役人的) 事情ありか?大丈夫なのか?

数学上正しい範囲内の座標の偏微分は、簡単形状-直交格子限定&応用実用到達せず 大学一年で知るべきいうか、進路決定後、限界理解では遅く、進路決定前-高2高3が理想か?(無理ある感)

メッシュ主流はデローニ三角分割(上左図)三角要素で解いてこそ◎ だと、伝熱-静磁場-層流(低Re)等はみかけ上十分。しかし、三角の偏微分計算 ⇒ 物理量勾配2個以上組合せ要 ⇒ 変数独立性守れず 

偏微分は、(前回ブログ)直交格子以外、四角要素も三角域で計算するしかなし テイラ-展開が使えず変数独立性守らぬ怪しさ判れば本質理解 そこが、理工全域に及ぶ数学最大の弱点思います

座標での偏微分は、(定義満たさぬデ-タ元に、テクニックに頼っても変数独立性実現せず)数学総動員して自在形状で解けぬ事を察知されたくなく、なので、難解な体系?

 

 

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