Flow Math 公開学習資料

線形代数を場面として読む25のビジュアル講座

定義や計算の暗記で終わらず、数学的な主張が動く2D・3D場面にどのような証拠を残すかを順に確かめます。すべての講座に、実行可能な元のノートとアニメーションへの直接リンクがあります。

8単元 · 25のビジュアルノート · 無料公開

第1講

行列とガウス消去

連立方程式の行・列の見方から、消去、LU、逆行列までを一つの流れで結びます。

5講座
  1. 講座 1.1

    連立方程式の二つの見方

    列の見方ではAの列c1, c2を混ぜて目標bを作ります

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  2. 講座 1.2

    ガウス消去

    Aの第2行から第1行の2倍を引き、第一ピボットの下を0にします

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  3. 講座 1.3

    行列の列

    Aの列c1, c2は基底ベクトルi, jの行き先です

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  4. 講座 1.4

    LU分解

    Lは消去の倍率を記憶し、Uは消去後の上三角行列です

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  5. 講座 1.5

    逆行列

    Aが空間を動かすとxも(1, 1)から(3, 2)へ移動します

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第2講

ベクトル空間と線形変換

線形結合から独立性、基底、基本部分空間、線形変換へ進みます。

7講座
  1. 講座 2.1

    ベクトルとスカラー

    ベクトルは大きさと向きを持つ矢印です

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  2. 講座 2.2

    ベクトルの加法

    uとvを同じ原点から比べます

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  3. 講座 2.3

    線形結合

    線形結合は各ベクトルに係数を掛けて足す方法です

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  4. 講座 2.4

    線形独立と従属

    aとbは互いに相手のスカラー倍ではない二つの方向です

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  5. 講座 2.5

    基底と座標

    b1, b2のように全方向を作れる独立ベクトルが基底です

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  6. 講座 2.6

    列空間と零空間

    Aは3次元空間のz方向を消す行列です

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  7. 講座 2.7

    拡大と回転

    対角行列Sは軸の向きを保ち、x方向の長さを2倍にします

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第3講

直交・射影・最小二乗

内積が作る直角を、射影と最小二乗誤差へつなげます。

3講座
  1. 講座 3.1

    内積と直交

    内積は二つのベクトルが同じ方向をどれだけ向くかを測ります

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  2. 講座 3.2

    射影

    射影はベクトルを軸や部分空間へ映した影です

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  3. 講座 3.3

    最小二乗

    目標bが方向a上にないとき、最も近い影pを選びます

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第4講

行列式

行列式を面積・体積の倍率として読み、0で次元が消える様子を見ます。

2講座
  1. 講座 4.1

    行列式

    行列式は二つのベクトルが作る符号付き面積です

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  2. 講座 4.2

    面積の倍率

    変換前の基底i, jは面積1の単位正方形を作ります

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第5講

固有値と固有ベクトル

向きが保たれる方向から、対角化が変換を単純化する仕組みへ進みます。

2講座
  1. 講座 5.1

    固有ベクトル

    eはDを通っても向きを保ち、qは向きが変わります

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  2. 講座 5.2

    対角化

    Pの列はAで向きが変わらない固有ベクトルです

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第6講

正定値行列とSVD

正定値性をエネルギーとして読み、SVDを回転・拡大・回転に分けます。

2講座
  1. 講座 6.1

    正定値性

    対称行列Aは全ての非零方向でxᵀAxが正なら正定値です

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  2. 講座 6.2

    特異値分解

    SVDは行列をVᵀ回転、Σ拡大、U回転に分けます

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第7講

行列計算と安定性

条件数が誤差を拡大する様子と、反復計算が一つの方向へ集まる様子を見ます。

2講座
  1. 講座 7.1

    条件数と感度

    十分に異なる二直線の交点stableは小さな変化に安定です

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  2. 講座 7.2

    反復計算

    Aを掛けるたびにy成分は半分になり、x成分は保たれます

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第8講

線形計画とゲーム理論

制約の頂点と利得行列から最適化への応用を学びます。

2講座
  1. 講座 8.1

    制約と頂点

    線形不等式の境界は実行可能領域を囲む直線になります

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  2. 講座 8.2

    ゲームの均衡

    Gは戦略の組ごとの利得を記録した行列です

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01

Flow Mathについて

Flow Mathは、数式を動く場面として理解するためのMade by needによるビジュアル数学プロジェクトです。公開中の線形代数編では、行列、ベクトル、基底、行列式、ランク、零空間、連立方程式をノートと2D・3D場面につなぎます。学校や教育機関の公式講座ではありません。

02

学習資料の作り方

各講座は、一つの数学的主張と、それを確かめる視覚的証拠から始まります。演算前に変化を知らせ、実際の数学オブジェクトを動かし、最後の場面に結論の証拠が残るように作成・検証しています。再生、停止、巻き戻し、視点探索で結果を確認できます。

03

訂正とお問い合わせ

数学的な誤り、場面の問題、アクセシビリティ、プライバシーに関するご依頼はメールでお知らせください。再現が必要な場合は、利用環境と共有URLもお送りください。

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