用電腦代數系統計算高中數學

電腦代數系統(Computer Algebra System, CAS)是一種能「處理符號數學計算」的軟體,不只能算數值,還能化簡代數式、解方程、做微分與積分,產生公式解並畫出函數圖形。對高中生來說,CAS 最大的幫助是降低計算負擔,讓學習重心放在理解觀念與解題策略,而不是反覆計算。它能即時驗證答案、觀察不同參數的影響,幫助建立直覺。CAS 也適合做探究學習與數學專題,讓抽象的公式變得可視化。正確使用電腦代數系統,不是取代思考,而是成為學習數學的強力輔助工具。

以下簡介幾種免費開源,且功能強大的電腦代數系統:

SymPy

SymPy 是用 Python 撰寫的電腦代數系統,最大優點是免費、輕量、好學。只要會一點 Python,就能用它來做代數運算、微積分、解方程式與矩陣計算。SymPy 的語法直覺,結果常以數學符號顯示,對學校課程很友善。它也能直接寫在程式裡,適合想同時學「數學+程式設計」的學生,是入門電腦代數與科學運算的好選擇。只要直接連上 Google Colab,就可以開始跑 Python 的程式。

參考資料:
用 Python/SymPy 計算高中數學:電腦代數系統的應用


wxMaxima

wxMaximaMaxima 的圖形化版本,最大優點是操作直觀、接近手寫數學。你可以像在計算紙上輸入公式,系統會直接顯示化簡、微分或積分的結果,非常適合用來檢查作業或理解解題步驟。它不需要寫程式,也能畫出函數圖形,對不熟悉程式語言、但想用電腦輔助學數學的高中生特別友善。

參考資料:
用 Maxima/wxMaxima 計算高中數學:電腦代數系統的應用

Maxima 軟體學習
詹勳國教授所整理,用 Maxima 計算國中,高中,線性代數,大一微積分的題目範例。

Maxima 中文講義
單維彰教授整理的講義。

wxMaxima Self-Guided Tutorial


SageMath

SageMath 是功能非常完整的數學軟體,整合了代數、微積分、統計、數論與繪圖等工具。它的優點是能力強大又免費,幾乎涵蓋大學程度以上的數學計算。SageMath 以 Python 為基礎,既能算數學,也能寫程式做研究與模擬。對想深入探索數學、參加競賽或做專題的高中生來說,是進階又有彈性的選擇。

參考資料:
用 SageMath 計算高中數學:電腦代數系統的應用

這個網誌中的熱門文章

自然科學和數學參考書籍和線上課程的推薦

「成功燈塔行」引領成功學子航向理想的目的地

卡內基美隆大學羅博深教授談如何學習數學

史丹佛大學教授給中小學生的數學學習心態和方法

📢 哈佛大學台灣高中生英語領導營隊 HUTLC 報名開放!

用電腦和 AI 輔助數學學習

高中教育的第一桶金:「格物、致知、誠意、正心、修身」

高中生的核心議題:大學申請排名的迷失

《定風波的智慧與運用》功名利祿轉頭空的無常

台灣大學試辦與高中合作進階課程