Linuxで数学をマスターしよう！学習・計算・グラフ作成に役立つおすすめアプリ15選

うへぇ、数学か…。

誰もが好きな教科ではないかもしれませんが、私たちの生活は数学なしには成り立ちません。日常的に積分やベクトル場を扱う人は多くないものの、家計の管理をしたり、部屋の模様替えのときに面積を計算したりと、数学は常にそばにあります。

「数学不安」という言葉があるほどですが、実は数学は難しく考える必要がありません。Linuxの操作だって同じです。ならば、この2つを組み合わせてみてはいかがでしょう？ Linuxには、シンプルな電卓から科学者が使う数式処理システムまで、数学関連のアプリケーションが数多く存在します。今回は、数字との格闘を有利に進めるためのおすすめツールを厳選してご紹介します。

1. 数学を学ぶ

数学力を伸ばしたい学生の方にも、「数学は怖くない」と子どもに伝えたい保護者の方にも、Linuxはぴったりです。特にKDEユーザーは、各教科向けの教育ソフトウェアを集めた「KDEdu」プロジェクトのおかげで強みがあります。その中でも、数学関連のアプリとして注目したいのが次の2つです。

KBruch

分数やパーセントの計算は意外と厄介です。そこでKBruchは、カラフルな視覚効果を活かしてこうした概念をわかりやすく説明します。インターフェースには「学習モード」と「練習モード」の2種類があり、練習モードでは因数分解、分数の比較、変換など5種類の演習に取り組めます。

Kig

Kigは幾何学に特化したアプリです。2次元の図形を描き、それを自由に操作しながら図形の性質を学べます。ベクトルによる平行移動や点集合（軌跡）の構築が可能で、Pythonが使える方なら自分でスクリプトを書くこともできます。描いた図形はSVGやLaTeX形式でエクスポートできるので、他の数学ソフトウェアで編集することも可能です。

SMath Studio

KDEアプリがお好みでない方は、SMath Studioを試してみてください。やや高度なこのアプリは、MathCADの代替としてよく挙げられる定番です。方程式の求解、積分・微分、行列やベクトルの計算、関数グラフの描画はもちろん、基本的な計算もこなせます。インターフェースはノートのページのようなデザインで、内蔵のリファレンスブックにはさまざまな数学問題の例題と解説が収録されています。

2. デスクトップ電卓を使いこなす

スマートフォンを持っていれば、いつでも電卓を持ち歩いていることになりますし、ブラウザ上のオンライン電卓や万能のWolfram Alphaに頼ることもできます。WindowsやmacOS向けの電卓アプリは豊富ですが、Linuxだって計算ツールの分野で引けを取りません。当サイトでもSpeedcrunchを以前に紹介しましたが、ここではさらに知っておきたいLinuxの電卓アプリをご紹介します。

Qalculate!

Qalculate!を選べば、もう他の電卓は必要ありません。基本演算はもちろん、ローマ数字、複素数や無限大、ベクトル、行列への対応など、他にはない機能が満載です。方程式の求解、通貨やSI単位系全般の変換、変数や定数のインポート、さらに関数のプロットまで行えます。KDE環境ではKrunnerランチャーと統合され、GTKベースのデスクトップ向けには別バージョンも用意されています。

Galculator

Galculatorは、インターフェースモード（基本／科学技術計算）の切り替えによって、シンプルにも高機能にも使えるのが魅力です。さらに前述の2モードと組み合わせられる数式入力モードや、紙に書く感覚で式を入力できるペーパーモードも備えています。組み込みの関数や定数だけでなく独自のものを定義でき、基数の切り替え（10進法・2進法など）や角度単位の変更（度／ラジアン／グラード）にも対応しています。

GNOME Calculator

GNOME標準のこの電卓にも複数のモードがあり、中でも2つのモードが特におすすめです。「ファイナンスモード」は確定申告などの税務作業に最適で、通貨換算、粗利益率、利率の計算といった機能を備えています。「プログラミングモード」では論理関数、対数、階乗、基数間の変換が利用可能です。その他の一般的な操作には「アドバンスドモード」に切り替えましょう。

KCalc

KDEのデフォルト電卓であるKCalcには、4つのモードがあります。べき乗・階乗・三角関数を備えた「科学」モード、中央値や標準偏差を計算できる「統計」モード、2進法・16進法・8進法での変換や計算が可能な「記数法」モード、そしてシンプルな「簡易」モードです。カスタマイズ性も高く、小数点以下の桁数設定、桁区切りの表示切り替え、フォントや色の変更などが自在に行えます。多数の定義済み定数が含まれており、独自の定数を追加することもできます。

NaSC

もともとelementary OS向けに開発されたNaSCは、macOSのNumiやSoulverに近い思想を持ったアプリです。インターフェースはシンプルで余計なものがなく、最大の特徴は数式表現へのアプローチにあります。自然言語に近い形で式を解釈でき、ノートに書くようにそのまま計算問題を入力できます。単位変換にも対応しており、サイドバーの情報を通じて数学の知識を深めることも可能です。

3. ターミナルで計算する

Linuxアプリの紹介にCLIツールがないと片手落ちというものでしょう。bashをお使いなら、

expr

コマンドで基本的な計算が行えます。

より高度な演算が必要なら、wcalcをインストールしてみてください。単位変換に対応し、豊富な組み込み定数や関数を持ち、複数の記数法を扱えます。wcalcはすべての操作履歴を記憶するコマンドヒストリー機能があり、

\explain functionname

と入力すれば、サポートされている関数や定数の詳細を確認できます。

新しいソフトをインストールしたくなければどうでしょう？ 実は、多くのLinuxディストリビューションにはbc（basic calculator）がデフォルトで搭載されています。bcは正確には電卓として実装されたプログラミング言語ですが、期待される機能はひと通り揃っています。論理演算子、関係式、ステートメントをサポートしているので、独自の関数をプログラムすることも可能です。

4. ドキュメントに数式を挿入する

紙とペンよりもデジタルでノートを取る方が好きな学生は多いものですが、Linuxは数学に関してもそのニーズによく応えてくれます。本格的に挑戦するならLaTeX、あるいはLibreOffice Mathでレポートを作成しましょう。

LibreOffice Mathを使えば、数式を直接LibreOfficeドキュメントに挿入できるほか、単体アプリとして起動して数式を作成することもできます。数式の作成は簡単で、サイドバーから要素を選ぶか、下部のコマンドペインに直接入力します。各要素の働きはリファレンス一覧で確認できます。フォントや色の調整も可能で、MathML、XML、PDF、一部のMicrosoft形式でファイルをエクスポートできます。

なお、LibreOffice Math自体は計算を行いません。あくまで、ドキュメントの中で数式を美しく見せるためのツールであることを覚えておきましょう。

5. 関数電卓の代わりに使う

グラフ電卓（関数電卓）は優秀ですが、価格が非常に高いのが難点です。学校でノートPCの持ち込みが許可されているなら、Linuxを起動して次のアプリを使ってみてください。ご覧のとおり、これらは単なる関数電卓の代替にとどまらない可能性を秘めています。

KAlgebra

KDEduプロジェクトのもうひとつの看板アプリであるKAlgebraは、関数を2Dおよび3Dグラフとしてプロットし、結果を複数の形式で出力できます。コンソールタブには「Calculate」と「Evaluate」の2つのモードがあり、各式を入力して演算を実行します。結果や変数はサイドバーで追跡でき、構文のオートコンプリートにも対応。辞書タブを使えば、数学の知識の復習にも役立ちます。

Gnuplot

Gnuplotも2D・3D両方の関数グラフを描画できるツールです。CLIツール（ターミナルから命令を与えて使うタイプ）であり、別ウィンドウへの表示のほか、SVG、PDF、PostScript、DXF、PNG、JPG、さらにはアニメーションGIFまで、多数のファイル形式でグラフを出力できます。充実したドキュメントと使用例が用意されているので、初心者でも迷わず始められるはずです。

GeoGebra

GeoGebraは、関数電卓どころか、手持ちの数学教材のほぼすべてを置き換えられるかもしれません。代数、微積分、統計、幾何学、グラフ作成をカバーする本格的な数学ソフトウェアです。

インターフェースは機能ごとに複数のビュー（代数ビュー、スプレッドシート、確率計算機など）に分かれており、各ビューで異なるパースペクティブ（幾何学、3Dグラフィックスなど）を利用できます。入力バーに式を入力し、要素を選んで画面上でドラッグすることでオブジェクトを構築していきます。GeoGebraの最大の魅力は、動的かつインタラクティブな操作性です。その場で何でも変更し、結果の変化を観察しながら学べます。

6. 数学のプロフェッショナルになる

ここからは、数値解析、記号計算、数式処理システム（CAS）の領域に入ります。日常の計算用途には明らかにオーバースペックと言わざるを得ませんが、将来の科学者を目指す方にとって、MATLABやMathematicaの無料のオープンソース代替品は魅力的なはずです。Linuxが誇るツールを見てみましょう。

Cantor

Cantorはプラグインと複数のバックエンドによって多彩な機能を提供します。グラフ描画、微分・積分、統計計算、方程式の求解などに対応し、LaTeX形式の整形、オートコンプリート、構文ハイライトもサポートしています。インターフェースはKAlgebraに似ており、利用可能な変数やコマンド・関数のわかりやすい説明がパネルに表示されます。

Genius

Geniusには「GEL」という独自のスクリプト言語があり、カスタム関数を記述できます。統計や組合せ論から2D・3Dプロットまで、あらゆる数学的な処理に活用可能です。LaTeXやMathML形式での結果の出力に対応し、行列、ベクトル、方程式の求解、論理式も扱えます。

Octave

Octaveも独自のプログラミング言語を持ち、自分でプログラムを書けます。非線形方程式や多項式の扱いから、積分、行列、文字列処理、グラフ描画まで、幅広い操作をサポートしています。最近になってようやくGUIが導入されたので、今こそ試す絶好のタイミングです。

Scilab

ScilabはMATLABと非常によく似ており、可能な限りの互換性を目指しています。その機能の一覧はこの記事より長くなりそうなくらい膨大で、多項式や有理関数のサポート、遺伝的アルゴリズム、統計、2D・3Dデータの可視化、各種方程式の求解、行列計算などを含みます。外部モジュールで拡張でき、独自の拡張機能を開発することも可能です。

SageMath

SageMathは超強力な数学ノートブックです。線形代数、組合せ論、微積分、2D・3Dグラフ、アニメーションプロット、統計、記号計算などに対応しています。ブラウザベースのGUIを備え、オンライン版も試用できます。

SageMathにはLaTeX互換の独自の数式エディタが搭載されています。Sageノートブックは簡単に共有でき、CSSで見た目をカスタマイズすることも可能です。さらに詳しく知りたい方は、充実したリファレンスマニュアルが心強い味方になります。

7. 特化型Linuxディストリビューションを使う

Linuxに数学アプリが这么多あるのも不思議ではありません。OS自体が研究所で生まれたのですから。TOP500.orgによると、現在Linuxは世界のスーパーコンピュータの97%を支え、NASA、CERN、Internet Archiveなどのワークステーションやサーバーでも採用されています。このような大規模環境では、アプリを1つずつインストールするよりも、ソフトウェアをまとめて展開する方が効率的です。だからこそ多くの研究機関は科学技術向けLinuxディストリビューションを採用しており、そのひとつが「Mathbuntu」です。

厳密に言えば、Mathbuntuは数学の教科書集とインストールスクリプトの集合体で、多数の数学ソフトウェアを自動的にダウンロード＆インストールしてくれます。この記事で紹介したアプリの大半はMathbuntuに同梱されているので、まとめて一気に導入したい方には実用的な選択肢となるでしょう。

これらのアプリがあれば、どんな数学の問題も乗り越えて勝利を収められるはずです。さらに、複雑な数学概念を段階的に解説するYouTubeチャンネルやWebサイトと組み合わせれば、学習効果は倍増します。

あなたが数学マスターのために使っているLinuxソフトウェアをぜひ教えてください。デスクトップアプリ派ですか、それともスマホの電卓アプリ派ですか？ この記事で紹介したアプリを使ったことはありますか？ コメントをお待ちしています。記事中のダジャレっぽい数学ネタを全部数えた人はボーナス加点ありです。

画像クレジット： Colorful numbers by Vasya Kobelev via Shutterstock、gnuplot in interactive use via Wikimedia Commons、Polygons by sagescreenshots via Flickr.com、Geogebra software by EdwardFlint via Wikimedia Commons、Scilab screenshot via Wikimedia Commons、Futurama Fry via Memegenerator.net、Texas Dogge via Imgur、Qalculate screenshot via Ubuntu Apps Directory、teacher-calculator via Memecrunch.com、Math Comic by The Gentleman's Armchair.