モジュール詳細:偏微分

偏りなく単位を習得することはできないみたい……。

このモジュールは三項関数を3つの変数x, y, zで表示する。式の各項において、変数は0から5(端点を含む)の整数乗で示され、互いに掛け合わされていることがある。各項には係数が表示され、それぞれの項が加算されている。このモジュールには3つの色付きLEDも搭載されており、3ステージそれぞれの開始時に点灯する。

このモジュールの目的は、表示された関数の1次、2次、3次偏導関数をLEDの現在の色に基づいて評価し、爆弾のエッジワークによって求めた観点で偏導関数を評価することである。これらの偏導関数はステージごとに異なり、現在のステージはモジュールの下部に点灯している色付きLEDの数で示される。

偏導関数の求め方

ある関数における導関数は、入力の変化における出力の感度を評価する。ある点における一変数関数の導関数は、その点における関数の瞬間的な変化率(傾き)を評価する。

微分の計算を学ぶことは微積分の入門クラスで大部分を占めているが、このモジュールで登場するのは多項式の一種類だけである。単項式f = Cxnに対し、導関数DxCnxn-1となる。単項式の和の導関数は、単項式の導関数の和に等しい。例えば、f = 6x4-x2+9x-1のとき、 Dx = 24x3-2x+9である。 ある関数における導関数のある点における値は、その点の座標を導関数に代入することで求めることができる。例えば、上の関数でx = 1における値はDx(1) = 24(13)-2(1)+9 = 31である。

多変数関数における偏導関数とは、ちょうど1つの変数を取得し、他のすべての変数を定数として扱った関数における導関数のことである。xについての偏導関数fを、Dxfと表す。二次偏導関数では、同じ変数でも異なる変数でも取得してよい。例えば、fの二次偏導関数はDxxfDxyfがある。また、関数g = 2x3y2-7xy4では、 gx = 6x2y2-7y4 となりgxy = 12x2y-28y3となる。点(1,2)で評価すると、gx(1,2) = 6(1)2(2)2-7(2)4 = -88となりgxy(1,2) = 12(1)2(2)-28(2)3 = -200となる。

微分すべき変数の特定

各ステージごとに、モジュール下部のLEDが点灯する。色は、原色(赤、黄、青)または二次色(橙、緑、紫)である。以下の表は、モジュールの各ステージにおける各変数を表す色を示している。

x y z
ステージ1
ステージ2
ステージ3
各ステージごとに、それぞれのLEDが原色であれば、表内のその変数に関連する変数について微分する。そうでない場合、その二次色の構成要素ではない色に関連する変数について微分する。

変数x, y, zの特定

表示された関数に対する偏導関数は、ステージごとに以下の表で求められる特定の値x, y, zについて求める必要がある。

SN[i]をシリアルナンバーの i番目の文字とする。シリアルナンバー内のすべての英字の値はアルファベット上の位置の数字(A=1, B=2, ..., Y=25, Z=26)に等しい。以下は表内で用いられている省略形である。

  • B: バッテリー
  • BH: バッテリーホルダー
  • LI: 点灯したインジケーター
  • UI: 点灯していないインジケーター
  • P: ポート
  • PP: ポートプレート
  • %: モジュロ演算(右の数で割った余り)

値が0になったものがある場合、そのステージにおけるその変数の値は1となる。

x y z
ステージ1 (SN[1] + UI) % 10 (SN[5] - LI) % 10 (BH + PP) % 10
ステージ2 (SN[3] - PP) % 10 (B + BH) % 10 (SN[6] - LI) % 10
ステージ3 (UI + B) % 10 (SN[4] - P) % 10 (SN[2] + P) % 10

モジュールの解除

正しいx, y, zの値が示す点における表示された関数の偏導関数を評価し、キーパッド*で入力する。ステージ1とステージ2で正しい答えを入力すると、モジュール下部の次のLEDが点灯する。ステージ3で正しい答えを入力すると、モジュールは解除され、すべてのLEDが白色に点灯する。キーパッドに入力された値が正しい点における正しい偏導関数を評価した値と等しくない場合、ミスが記録される。

*ある点での偏導関数を評価した後、答えが0より小さいか10000より大きい場合、その絶対値の下4桁を入力する。いかなる答えにも先頭にゼロを加えてはいけない。