본 논문에서는 Mathematica를 자바 언어로 연결하는 J/Link를 이용하여 웹기반 환경에서 미적분 문제의 해를 단계별로 제시하는 모듈을 소개하였다. 이 모듈은 중하위 수준의 학생들에게 미분 문제의 해를 단계별로 제시함으로써 문제해결의 과정을 단계별로 연습할 수 있는 환경을 제공하고 있다. 또한, 학생들에게 미분 연산자를 적용할 함수와 미분된 결과 함수에 대한 그래픽 결과를 보여줌으로써 미적분 개념에 대한 이해의 폭을 넓히는 효과를 노렸다. 수학 전문가시스템인 Mathematica는 미분 문제의 해결 과정을 단계별로 제시함으로써 수학 지식을 체계적으로 제공하는 기반을 마련하고 있으며, 수학 학습용 튜토리얼 또는 CMI로 연계될 수 있는 가능성을 보여주고 있다. 또한 이 시스템은 FrontEnd에서 처리되는 수식 폰트를 자바서브릿에서 처리함으로써 웹환경에서 수식 기호를 우회적으로 구현하는 방법을 제시하고 있다.
이 글에서는 Mathematica의 고유한 특징과 많은 기능 중의 일부분만을 예를 들어 설명을 하였다. 그러나 Mathematica의 피할 수 없는 단점은 많은 수학적 기능이 포함되어 있기 때문에 처리속도가 늦다는 점이다. 예를 들면 많은 량의 반복작업이나 차수가 큰 매트릭스의 연산작업은 다소 속도가 늦어 PC기종에서는 곤란을 겪을 때가 많다. 따라서 PC대신 workstation 같은 상위기종의 컴퓨터를 이용한다면 처리속도가 빨라져 진행에 문제점이 없다. 한 예로 workstation에서는 차수가 30개인 고유치 해석도 내장함수인 명령어만으로 단지 몇초만에 할 수 있는 데 비하여 PC에서는 기종에 따라 몇배, 몇백배의 시간이 요구되는 것이다. 그리고 또 하나의 단점으로는 방대한 프로그램을 운용하기 위한 비용(ram)이 많이 든다는 점이다. 한 예로 PC에서는 기본적으로 Mathematica를 작동하기 위해 최소한 4 mega ram이 필요하며 여러 수학적 기능을 충분히 이용하기 위해 많은 량의 ram이 필요하다는 점이다. 그러나 위의 단점은 Mathematica가 지니고 있는 고유한 장점을 생각한다면 매우 미미한 것이라 여겨진다. 수학의 대부분의 기능을 포함하고 있으며 기호처리가 가능하고 프로그래밍 기법이 다양하기 때문에 수학을 이용하여 연구를 하는 사람에게는 훌륭한 도구가 생긴 것이라 할 수 있다.
전자기장을 포함한 대부분의 물리학적 시스템이 벡터 미분 연산자들로 기술되며 또한 벡터연산을 통하여 계산된다. 그러므로 이들 벡터장들이 유전 및 자성물질 시스템들과 상호작용할 때 물리적 체계를 기술하고 계산하려면 정확한 전자기 벡터장의 지식체계를 이해할 필요가 있다. 그런데 이들 대부분 추상적 개념들을 직관적으로 이해하기에는 쉽지 않기 때문에 이들 추상적 개념의 시각화 표현 작업은 오늘날 지식정보화 수행과정에서 매우 중요한 과제의 하나다. 우리는 전자기학 체계를 구성하는 가장 기본적인 벡터장: $\vec{E}=-\vec{\nabla}_{\varphi}$, $\vec{D}={\epsilon}\vec{E}$, $\vec{\nabla}{\times}\vec{A}$, $\vec{B}={\mu}\vec{H}$, $\vec{B}={\mu}_0(\vec{\nabla}_{\varphi}{^*}+\vec{M})$들의 가시화 시뮬레이션을 Mathematica 프로그램으로 작성하여 추상적인 전자기벡터장의 시각화 모델을 제시하였다. 이 시뮬레이션을 전자기 벡터장의 물리학적 지식체계를 탐구해 가는 기본 플랫폼으로 활용할 수 있다.
컴퓨터 대수 시스템은 최근 들어 WBI를 위한 웹 콘텐츠 저작을 보조할 수 있도록 웹과 연계된 시스템으로 기술이 변화하고 있다. 본 연구에서는 이러한 변화를 웹 연동 CAS 기술과 교수설계자동화 기술 측면에서 접근 분석하여 실제 구현되어 있는 웹 연동 CAS 기반의 수학용 웹 콘텐츠저작 모델들을 몇 가지로 분류하는 작업을 수행하였다. 그리고 그 결과를 토대로 보다 개선된 CAS 기반 웹 콘텐츠 저작 모델을 제안하였다. 또한 이 모델에 주 요소로써 작동하는 웹 매뉴얼 생성기를 Wolfram사의 webMathematica에서 사용하고 있는 MSP 기술을 모체로 하여 직접 개발하였으며, 이 도구를 사용하여 실제 동적인 수학용 웹 매뉴얼을 구현해 봄으로써 그 효용성을 살펴보았다.
Recently, the importance of participating in classes activity and cultivating student's thinking ability is emphasized in the mathematics education society. Teachers are demanded to change their teaching style centered pencile-and paper into using the variety instructional aids, such as calculator, video tape, computer, ohp, and projector, etc. In this paper, we search for the mathematica's function and the method that apply mathematical to the secondary school mathematics. Mathematical has many functions: calculator, algebra, graphics, animations, programing, notebook. We find that mathematica can be applied to the graph of function, the understand of simultaneous equations, the graph of trigonometry function, the calculation of limit, the computation of areas as limits, the derivative of a function and tangent line, a solid figure, and others in secondary school mathematics.
이 연구는 사다리타기 게임에서 등장하는 사다리 모양에 따른 이산구조를 순열과 조합적 사고, 알고리즘적 구현을 통하여 최소생성사다리를 생성하는 방법과 컴퓨팅 사고력과의 관련성을 탐구하는 내용을 다루었다. 먼저 연구자는 사다리 모양의 세로판과 가로판의 조합에 따라서 생성되는 순열 중에서 역순열에 대응하는 사다리(최소생성사다리)를 필터링 기법과 새로 개선한 알고리즘을 고안하여 Mathematica 프로젝트로 진행하였다. 그 결과 최소생성사다리를 생성원(generator)으로 하는 새로운 그래프를 Mathematica로 창출하여 YC그래프라 이름 붙였으며 그에 대한 속성을 조사하였다. YC그래프는 이전 차원의 그래프를 내포하는 재귀적 구조와 다층 구조를 가졌으며 간선대칭의 특징을 보여주었다. 또한 계산복잡도가 증가함에 따라 세로판 5개, 가로판 10개 사다리부터 층별로 최소생성사다리를 생성하도록 탐색 공간을 분할하는 알고리즘을 적용하였다. 이 과정에서 자료의 시각화, 추상화 및 병렬처리 알고리즘 구현을 통한 컴퓨팅 사고력이 새로운 YC그래프의 창출 및 구조 분석에 기여한 것으로 나타났다.
We investigate implementation of the determinantal representation of generalized inverses for complex and rational matrices in the symbolic package MATHEMATICA. We also introduce an implementation which is applicable to sparse matrices.
A modification of the gradient method of convex programming is introduced. Also, we describe symbolic implementation of the gradient method and its modification by means of the programming language MATHEMATICA. A few numerical examples are reported.
대학수학에서, 멱급수의 전개를 배우는 단원에서 관심을 끄는 수 ${\pi}$에 대하여 고찰함으로써, ${\pi}$값의 계산 과정에 있어서의 발달을 이해하고, Mathematica를 이용하여 수학자들이 만든 공식을 통해 ${\pi}$값을 구체적으로 계산하여 보며, 또한 수학에 흥미를 느끼도록 하여 학생들 스스로가 ${\pi}$값을 계산해 볼 수 있는 기회를 갖도록 유도한다.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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