Министерство образования и науки Российской Федерации Учебно-методическое объединение вузов по образованию в области информационной безопасности сборник примерных программ учебных дисциплин по направлению подготовки (специальности)
Вид материала | Документы |
- Министерство образования и науки Российской Федерации Учебно-методическое, 5418.2kb.
- Ступности (государственной, воинской, транснациональной и иной) мы будем, 86.46kb.
- Лекция по теме № Условия конкретного преступления, 298.33kb.
- Расписание занятий на цикле сертификационного усовершенствования для интернов, 88.88kb.
- Министерство образования Российской Федерации Министерство путей сообщения Российской, 653.58kb.
- Министерство образования Российской Федерации Министерство путей сообщения Российской, 657.68kb.
- Общая характеристика работы Актуальность темы, 398.26kb.
- Рекомендации по организации профилактической работы, направленной на предупреждение, 1352.37kb.
- История исторической науки, 496.22kb.
- Министерство здравоохранения и социального развития Российской Федерации Государственное, 408.11kb.
УЧЕБНО-МЕТОДИЧЕСКОЕ ОБЪЕДИНЕНИЕ ПО ОБРАЗОВАНИЮ
В ОБЛАСТИ ИНФОРМАЦИОННОЙ БЕЗОПАСНОСТИ
ПРОЕКТ
ПРИМЕРНАЯ УЧЕБНАЯ ПРОГРАММА
Наименование дисциплины
«АЛГЕБРА И ГЕОМЕТРИЯ»
Рекомендуется для направления подготовки
090303 Информационная безопасность автоматизированных систем
Квалификация (степень) выпускника
«Специалист»
МОСКВА 2011
1. Цели и задачи дисциплины
Дисциплина "Алгебра и геометрия" реализует требования федерального государственного образовательного стандарта высшего профессионального образования по направлению подготовки 090303 “Информационная безопасность автоматизированных систем”.
Целью дисциплины является обеспечение фундаментальной подготовки в одной из важнейших областей современной математики; формирование навыков решения геометрических задач в различных системах координат; ознакомление с основами классической и современной алгебры; обучение основным алгебраическим методам решения задач, возникающих в других математических дисциплинах и в практике; ознакомление с историей развития алгебры и геометрии, с вкладом российских ученых в развитие современной алгебраической науки.
Дисциплина "Алгебра и геометрия" относится к числу фундаментально-прикладных математических дисциплин в силу отбора изучаемого материала и его важности для подготовки специалиста. Во всех разделах дисциплины большое внимание уделяется построению алгоритмов для решения практических задач.
Задачами дисциплины являются:
– начальная общематематическая подготовка студентов путем изучения достаточно простых математических конструкций, которые в последующих математических дисциплинах будут обобщаться,
- обучение простейшей алгебраической структуре - векторной алгебре и ее приложениям, формирование навыков использования координатного метода,
- формирование навыков применения алгебраических методов для упрощения уравнений линий и поверхностей второго порядка,
- ознакомление с различными алгебраическими структурами (кольцами, полями, векторными пространствами) и их приложениями в решении различных практических задач,
- освоение методов линейной алгебры широко используемых в различных дисциплинах, в том числе профессиональных,
– воспитание у студентов математической и технической культуры, которая предполагает четкое осознание необходимости и важности математической подготовки для специалиста в области информационной безопасности.
Таким образом, дисциплина "Алгебра и геометрия" является неотъемлемой составной частью профессиональной подготовки по направлению подготовки 090303 “Информационная безопасность автоматизированных систем”. Вместе с другими дисциплинами цикла математических и естественнонаучных дисциплин изучение данной дисциплины призвано формировать специалиста, и в частности, вырабатывать у него такие качества, как:
- строгость в суждениях и стремление к теоретическим обоснованиям,
- критическое отношение к результатам, пока они не доказаны,
- творческое мышление и стремление к научному поиску,
- организованность, трудолюбие и работоспособность,
- дисциплинированность и ответственность,
- самостоятельность и добросовестность.
2. Место дисциплины в структуре ООП
Дисциплина «Алгебра и геометрия» относится к числу дисциплин базовой части математического и естественнонаучного цикла.
Для успешного усвоения данной дисциплины необходимо, чтобы студент владел знаниями, умениями и навыками, сформированными в процессе изучения дисциплин:
- Знания, умения и навыки сформированные в процессе изучения программы общеобразовательной школы.
Дисциплина имеет разносторонние связи со многими другими математическими и профессиональными дисциплинами. Дисциплина основывается на знании числовых систем и функций, изученных в средней школе, а также в нескольких первых темах курса «Математический анализ». При изучении линейных пространств в алгебре широко используются знания, умения и наглядные представления, полученные студентами при изучении прямой и плоскости в аналитической геометрии. При изучении многочленов в алгебре используется доказываемая в теории функций комплексного переменного теорема о корнях многочленов над полем комплексных чисел.
С другой стороны, полученные в алгебре знания по конечномерным пространствам над произвольными полями служат базой для изучения действительных и комплексных пространств в курсе «Математический анализ». Знания из алгебры по теории многочленов, колец и групп широко используются в курсе «Математическая логика и теория алгоритмов» при изучении булевых и многозначных функций, а также в дисциплине «Дискретная математика».
Знания, полученные при изучении дисциплины «Алгебра и геометрия», используются при изучении следующих дисциплин:
- Математический анализ
- Дискретная математика
- Математическая логика и теория алгоритмов
- Теория вероятностей и математическая статистика
- Теория информации
- Технологии и методы программирования
- Криптографические методы защиты информации
- Физика
3. Требования к результатам освоения дисциплины
- Процесс изучения дисциплины направлен на формирование следующих компетенций:
способность понимать социальную значимость своей будущей профессии, цели и смысл государственной службы, обладать высокой мотивацией к выполнению профессиональной деятельности в области обеспечения информационной безопасности, защиты интересов личности, общества и государства, готовностью и способностью к активной состязательной деятельности в условиях информационного противоборства (ОК-5);
способность логически верно, аргументировано и ясно строить устную и письменную речь на русском языке, готовить и редактировать тексты профессионального назначения, публично представлять собственные и известные научные результаты, вести дискуссии (ОК-7);
способность к логическому мышлению, обобщению, анализу, критическому осмыслению информации, систематизации, прогнозированию, постановке исследовательских задач и выбору путей их решения на основании принципов научного познания (ОК-9);
способность выявлять естественнонаучную сущность проблем, возникающих в ходе профессиональной деятельности, и применять соответствующий физико-математический аппарат для их формализации, анализа и выработки решения (ПК-1);
способность применять математический аппарат, в том числе с использованием вычислительной техники, для решения профессиональных задач (ПК-2);
способность применять методологию научных исследований в профессиональной деятельности, в том числе в работе над междисциплинарными и инновационными проектами (ПК-5);
способность осуществлять поиск, изучение, обобщение и систематизацию научно-технической информации, нормативных и методических материалов в сфере своей профессиональной деятельности (ПК-9);
способность применять современные методы исследования с использованием компьютерных технологий (ПК-10);
В результате изучения дисциплины студент должен:
Знать:
- возможности координатного метода для исследования различных геометрических объектов,
- основные задачи векторной алгебры и аналитической геометрии,
- основные виды уравнений простейших геометрических объектов,
- основные свойства важнейших алгебраических структур,
- основы линейной алгебры над произвольными полями,
- векторные пространства над полями и их свойства
Уметь:
- строить и изучать математические модели конкретных явлений и процессов для решения расчетных и исследовательских задач,
- определять возможности применения теоретических положений и методов математических дисциплин для постановки и решения конкретных прикладных задач,
- исследовать простейшие геометрические объекты по их уравнениям в различных системах координат,
- оперировать с числовыми и конечными полями, многочленами, матрицами,
- решать основные задачи линейной алгебры, в частности системы линейных уравнений над полями
Владеть:
- навыками использования методов аналитической геометрии и векторной алгебры в смежных дисциплинах и физике,
- методами линейной алгебры,
4. Объем дисциплины и виды учебной работы
Общая трудоемкость дисциплины составляет ___8___ зачетных единиц.
Вид учебной работы | Всего часов | Семестры | |||
1 | 2 | 3 | | ||
Аудиторные занятия (всего) | 180 | 64 | 64 | 52 | |
В том числе: | | | | | |
Лекции | 90 | 32 | 32 | 26 | |
Практические занятия (ПЗ) | 78 | 28 | 28 | 22 | |
Семинары (С) | - | - | - | - | |
Лабораторные работы (ЛР) | - | - | - | - | |
Контрольные работы (КР) | 12 | 4 | 4 | 4 | |
Самостоятельная работа (всего) | 68 | 24 | 24 | 20 | |
В том числе: | - | - | - | - | |
Курсовой проект (работа) | - | - | - | - | |
Расчетно-графические работы | - | - | - | - | |
Реферат | - | - | - | - | |
Другие виды самостоятельной работы | 68 | 24 | 24 | 20 | |
Вид промежуточной аттестации (зачет) | 4 | Зачет (2) | Зачет (2) | - | |
Вид итоговой аттестации (экзамен) | 36 | - | - | Экзамен (36) | |
Общая трудоемкость часы зачетные единицы | 288 | 90 | 90 | 108 | |
8 | 2.5 | 2.5 | 3 | |
5. Содержание дисциплины
5.1. Содержание разделов дисциплины
Раздел 1. Аналитическая геометрия
Тема № 1. Введение.
1. Краткие сведения из истории возникновения и развития алгебры и аналитической геометрии. Приложения, в которых используются алгебраические методы и сведения из аналитической геометрии.
2. Предмет курса. Принципы построения и изучения курса. Краткое содержание. Роль и место курса в формировании специалистов в области информационной безопасности.
3. Рекомендации по изучению курса, самостоятельной работе и литературе. О формах контроля и отчетности при изучении курса.
Тема № 2. Некоторые сведения из теории определителей и систем линейных уравнений.
1. Определители матриц второго и третьего порядка. Примеры.
2. Системы линейных уравнений. Элементарные преобразования систем. Равносильные системы.
3. Теоремы Крамера для систем с двумя и тремя неизвестными.
Тема № 3. Векторная алгебра.
1. Линейные операции с векторами плоскости (пространства) и их свойства.
2. Базисы плоскости и пространства. Координаты векторов в базисе.
3. Скалярное, векторное, смешанное и двойное векторное произведение векторов. Свойства рассматриваемых операций над векторами.
Тема № 4. Системы координат и простейшие задачи, решаемые с использованием векторной алгебры.
1. Аффинная, прямоугольная, декартова и полярная системы координат. Координаты точек плоскости (пространства).
2. Деление отрезка в заданном соотношении. Нахождение площади треугольника по координатам его вершин.
3. Вычисление объема параллелепипеда и тетраэдра.
Тема № 5. Прямая линия на плоскости.
1. Различные виды уравнений прямой.
2. Простейшие приложения: вычисление угла между прямыми, определение взаимного расположения точек относительно прямой, вычисление расстояния от точки до прямой, вывод уравнений биссектрис угла.
Тема № 6. Линии второго порядка на плоскости.
1. Эллипс, гипербола, парабола. Вывод их уравнений и описание простейших свойств.
2. Касательные к эллипсу, гиперболе и параболе.
3. Оптические свойства эллипса, гиперболы и параболы.
4. Упрощение уравнения центральной и нецентральной линии второго порядка. Классификация линий второго порядка.
Тема № 7. Прямая и плоскость в пространстве.
1. Различные уравнения плоскости.
2. Простейшие приложения: вычисление расстояния от точки до плоскости, нахождение угла между плоскостями, исследование взаимного расположения плоскостей.
3. Различные уравнения прямой в пространстве.
4. Простейшие приложения: вычисление угла между прямыми, нахождение угла между прямой и плоскостью, исследование взаимного расположения прямой и плоскости.
Тема № 8. Поверхности второго порядка.
1. Поверхности вращения, цилиндрические и конические поверхности. Примеры.
2. Эллипсоиды, гиперболоиды, параболоиды и их исследование с помощью метода сечений.
Раздел 2. Основы алгебры
Тема № 9. Основные алгебраические структуры.
1. Бинарные операции на множестве и их классификация. Группоиды, полугруппы. Нейтральные и симметричные элементы. Полугруппа преобразований.
2. Группы. Примеры и простейшие свойства групп.
3. Кольца. Виды и простейшие свойства колец. Обратимые элементы и делители нуля.
4. Поля. Свойства операций в поле.
Тема № 10. Матрицы над кольцами.
1. Определение матрицы. Частные виды матриц.
2. Операции с матрицами и их свойства.
3. Кольцо квадратных матриц. Критерий наличия единицы и критерий коммутативности для кольца квадратных матриц.
Тема № 11. Определители матриц. Обратимые матрицы.
1. Перестановки элементов конечного множества. Инверсии в перестановках. Функция четности перестановок и ее свойства.
2. Определитель матрицы над коммутативным кольцом с единицей. Свойства определителей.
3. Обратимые матрицы. Критерий обратимости матриц.
4. Элементарные преобразования матриц. Их связь с элементарными матрицами. Эквивалентность матриц. Свойства эквивалентных матриц.
5. Вычисление определителя матрицы и нахождение обратной матрицы с использованием элементарных преобразований.
Тема № 12. Матрицы над полями и системы линейных уравнений.
1. Ранг матрицы над полем. Теорема о равенстве рангов эквивалентных матриц.
2. Ступенчатые матрицы. Строчная эквивалентность произвольной матрицы некоторой ступенчатой матрице.
3. Специальные ступенчатые матрицы. Канонические матрицы над полем. Критерий эквивалентности матриц.
4. Решение систем линейных уравнений над полем методом Гаусса. Критерии совместности и определенности систем линейных уравнений.
5. Теорема Крамера для систем линейных уравнений над коммутативным кольцом с единицей.
Тема № 13. Линейная зависимость векторов арифметических пространств.
1. Линейная зависимость систем векторов арифметических пространств. Свойства, связанные с линейной зависимостью.
2. Базисы системы векторов. Их существование и равномощность. Нахождение базиса системы векторов с использованием ступенчатой матрицы.
3. Алгоритмы решения основных задач, связанных с линейной зависимостью систем векторов.
Тема № 14. Подпространства арифметических пространств.
1. Подпространства арифметических пространств и их базисы. Свойства линейно независимых систем векторов в подпространстве. Число базисов подпространства над конечным полем.
2. Подпространство решений однородной системы линейных уравнений, его базис и размерность. Фундаментальная система решений однородной системы.
3. Связь решений произвольной системы линейных уравнений с решениями соответствующей однородной системы. Векторная форма записи решений.
Тема № 15. Числовые кольца и поля.
1. Отношение делимости целых чисел. Деление с остатком.
2. Наибольший общий делитель целых чисел и его нахождение с использованием алгоритма Евклида. Наименьшее общее кратное целых чисел.
3. Простые числа. Основная теорема арифметики.
4. Поле комплексных чисел. Возведение в степень и извлечение корня из комплексного числа.
5. Группа корней n-ой степени из единицы. Примитивные корни.
Тема № 16. Кольца вычетов.
1. Сравнение целых чисел по модулю. Свойства отношения сравнимости.
2. Построение кольца классов вычетов по заданному модулю. Описание обратимых элементов и делителей нуля в этом кольце.
3. Функция Эйлера и ее свойства.
4. Решение сравнений. Китайская теорема об остатках.
Тема № 17. Кольца многочленов.
1. Операции с многочленами. Кольцо многочленов над кольцом с единицей.
2. Делимость многочленов. Деление многочленов с остатками. Теорема Безу.
3. Наибольший общий делитель и наименьшее общее кратное многочленов над полем. Алгоритм Евклида нахождения наибольшего общего делителя двух многочленов.
4. Неприводимые многочлены над полем. Каноническое разложение многочлена.
5. Отношение сравнимости многочленов и его свойства. Кольцо классов вычетов. Построение полей заданного порядка.
Тема № 18. Линейные пространства.
1. Определение линейного пространства. Линейная зависимость векторов линейного пространства и ее свойства.
2. Базисы линейных пространств. Координаты векторов в базисе. Формулы преобразования координат.
3. Подпространства линейных пространств. Сумма и пересечение подпространств. Нахождение базисов суммы и пересечения подпространств.
4. Евклидовы пространства. Длины векторов и расстояния между векторами. Построение ортонормированных базисов в евклидовом пространстве.
5. Подпространства евклидовых пространств. Нахождение ортогональной проекции и ортогональной составляющей вектора относительно заданного подпространства.
Тема № 19. Линейные преобразования линейных пространств.
1. Линейные преобразования и их матрицы. Кольцо линейных преобразований. Вид матрицы линейного преобразования при переходе к другому базису. Подобие матриц.
2. Нахождение собственных значений и собственных векторов линейного преобразования.
3. Инвариантные подпространства линейных пространств.
4. Аннулирующие и минимальные многочлены линейных преобразований, матриц и векторов. Циклические подпространства относительно заданного линейного преобразования.
5. Разложение пространства в прямую сумму инвариантных подпространств. Подобие матрицы распавшейся матрице.
Тема № 20. Подобие матриц над полем.
1. Критерий подобия матриц в терминах их характеристических матриц.
2. Каноническая форма полиномиальной матрицы. Алгоритм ее нахождения. Инвариантные делители и инвариантные множители. Критерии эквивалентности полиномиальных матриц.
3. Первая и вторая нормальные формы матрицы. Теорема Фробениуса.
Тема № 21. Линейные преобразования евклидовых пространств.
1. Ортогональные линейные преобразования и ортогональные матрицы. Сохранение расстояний и углов ортогональным линейным преобразованием.
2. Самосопряженные линейные преобразования и симметрические матрицы. Подобие симметрической матрицы некоторой диагональной матрице.
3. Изометрические преобразования и их свойства.