Eksamensoppgave i TMA4135 Matematikk 4D

Like dokumenter
Eksamensoppgave i TMA4122,TMA4123,TMA4125,TMA4130 Matematikk 4N/M

Eksamensoppgave i TMA4135 Matematikk 4D

Eksamensoppgave i TMA4135 Matematikk 4D

Eksamensoppgave i TMA4130/35 Matematikk 4N/4D

Eksamensoppgave i TMA4135 Matematikk 4D: Løysing

Eksamensoppgåve i TMA4135 Matematikk 4D

Eksamensoppgave i TMA4123/TMA4125 Matematikk 4M/4N

Eksamen i TMA4123/TMA4125 Matematikk 4M/N

Eksamen i TMA4122 Matematikk 4M

Eksamensoppgave i MA1102/6102 Grunnkurs i analyse II

Eksamensoppgave i TMA4320 Introduksjon til vitenskapelige beregninger

Eksamensoppgave i TMA4125 BARE TULL - LF

s 2 Y + Y = (s 2 + 1)Y = 1 s 2 (1 e s ) e s = 1 s s2 s 2 e s. s 2 (s 2 + 1) 1 s 2 e s. s 2 (s 2 + 1) = 1 s 2 1 s s 2 e s.

Eksamensoppgave i TMA4125 Matematikk 4N

TMA4135 Matematikk 4D Høst 2014

Eksamensoppgave i TMA4320 Introduksjon til vitenskapelige beregninger

Eksamensoppgave i TMA4125 EKSEMPELEKSAMEN - LF

TMA4123M regnet oppgavene 2 7, mens TMA4125N regnet oppgavene 1 6. s 2 Y + Y = (s 2 + 1)Y = 1 s 2 (1 e s ) e s = 1 s s2 s 2 e s.

Løsningsforslag eksamen i TMA4123/25 Matematikk 4M/N

Eksamensoppgave i MA1103 Flerdimensjonal analyse

Eksamensoppgave i TMA4245 Statistikk

x(x 1)(x 2) p(x) = 3,0 1( 1 1)( 1 2) Newtons interpolasjonsformel: Tabellen over dividerte differenser er gitt ved

Eksamensoppgave i MA0002 Brukerkurs i matematikk B - LØSNING

Eksamensoppgave i MA1103 Flerdimensjonal analyse

Eksamen i TMA4130 Matematikk 4N

Eksamensoppgave i TMA4320 Introduksjon til vitenskapelige beregninger

UNIVERSITETET I OSLO

L(t 2 ) = 2 s 3, 2. (1. Skifteteorem) (s 2) 3. s 2. (Konvolusjonsteoremet) s 2. L 1 ( Z. = t, L 1 ( s 2 e 2s) = (t 2)u(t 2). + 1

IR Matematikk 1. Utsatt Eksamen 8. juni 2012 Eksamenstid 4 timer

Eksamensoppgave i TMA4240 Statistikk

Løsningsførslag i Matematikk 4D, 4N, 4M

Eksamen i TMA4135 Matematikk 4D

LØSNINGSFORSLAG EKSAMEN MATEMATIKK 4N,

Eksamensoppgave i TMA4240 Statistikk

TMA4123/TMA4125 Matematikk 4M/4N Vår 2013

Eksamen i TMA4122 Matematikk 4M

TMA4122/TMA4130 Matematikk 4M/4N Høsten 2010

LØSNINGSFORSLAG EKSAMEN I MATEMATIKK 4N/D (TMA4125 TMA4130 TMA4135) Norges teknisk naturvitenskapelige universitet Institutt for matematiske fag

Eksamensoppgave i MA1101/MA6101 Grunnkurs i analyse I. LØSNINGSFORSLAG

Eksamensoppgave i MA1101 Grunnkurs i analyse

EKSAMEN I TMA4130 MATEMATIKK 4N Bokmål Fredag 17. desember 2004 kl. 9 13

Eksamensoppgave i TMA4140 Diskret matematikk

Eksamensoppgave i TMA4110/TMA4115 Calculus 3

Eksamensoppgave i MA1202/MA6202 Lineær algebra med anvendelser

Eksamensoppgave i TMA4320 Introduksjon til vitenskapelige beregninger

UNIVERSITETET I OSLO

UNIVERSITETET I OSLO

Eksamensoppgave i MA2501 Numeriske metoder

Eksamensoppgave i SØK1001 Matematikk for økonomer

IR Matematikk 1. Eksamen 8. desember 2016 Eksamenstid 4 timer

EKSAMEN. Om eksamen. EMNE: MA2610 FAGLÆRER: Svein Olav Nyberg, Morten Brekke. Klasser: (div) Dato: 18. feb Eksamenstid:

Eksamen i TMA4135 Matematikk 4D

Eksamensoppgave i TMA4140 Diskret matematikk

Eksamensoppgave i MA1103 Flerdimensjonal analyse

Eksamensoppgave i TMA4150 Algebra

TMA Matematikk 4D Fredag 19. desember 2003 løsningsforslag

Eksamensoppgave i MA0002 Brukerkurs i matematikk B - LØSNING

UNIVERSITETET I OSLO

TMA4100 Matematikk 1 Høst 2014

Eksamensoppgave i TMA4265 Stokastiske Prosesser

EKSAMEN I MA0002 Brukerkurs B i matematikk

Eksamensoppgave i TMA4115 Matematikk 3

Eksamensoppgave i TMA4240 Statistikk

Eksamensoppgave i ST0103 Brukerkurs i statistikk

EKSAMEN BOKMÅL STEMMER. DATO: TID: OPPG. SIDER: VEDLEGG: 3 desember :00-13: FAGKODE: IR Matematikk 1

f (x) = a 0 + a n cosn π 2 x. xdx. En gangs delvisintegrasjon viser at 1 + w 2 eixw dw, 4 (1 + w 2 ) 2 eixw dw.

Eksamen i TMA4135 Matematikk 4D

Eksamen TMA desember 2009

Eksamensoppgave i SØK1004 Statistikk for økonomer

EKSAMEN. Om eksamen. EMNE: MA2610 FAGLÆRER: Svein Olav Nyberg, Morten Brekke. Klasser: (div) Dato: 3. des Eksamenstid:

Som vanlig er enkelte oppgaver kopiert fra tidligere års løsningsforslag. Derfor kan notasjon, språk og stil variere noe fra oppgave til oppgave.

UNIVERSITETET I OSLO

Eksamensoppgave i ST1201/ST6201 Statistiske metoder

Eksamensoppgave i TMA4240 / TMA4245 Statistikk

Eksamensoppgave i SØK1001 Matematikk for økonomer

EKSAMENSOPPGAVER FOR TMA4120 MATEMATIKK 4K H-03 Del A: Laplacetransformasjon, Fourieranalyse og PDL

Eksamensoppgave i Løsningsskisse TMA4240 Statistikk

Eksamensoppgave i SOS1000 Innføring i sosiologi

EKSAMEN I TMA4180 OPTIMERINGSTEORI

(s + 1) s(s 2 +2s+2) : 1 2 s s + 2 = 1 2. s 2 + 2s cos(t π) e (t π) sin(t π) e (t π)) u(t π)

Løsningsforslag for eksamen i brukerkurs i matematikk A (MA0001)

Eksamensoppgave i PED3544 Matematikkproblemer

Eksamensoppgave i TMA4275 Levetidsanalyse

Emnenavn: Eksamenstid: Faglærer: Christian F Heide

Eksamensoppgave i TFY4210 Kvanteteorien for mangepartikkelsystemer

Eksamensoppgave i FIN3006 / FIN8606 Anvendt tidsserieøkonometri

Eksamensoppgave i MA0301 Elementær diskret matematikk løsningsforslag

TMA4123/TMA4125 Matematikk 4M/4N Vår 2013

Eksamen i TMA4123/TMA4125 Matematikk 4M/4N

EKSAMENSOPPGAVER MATEMATIKKDELEN AV TMA4135 MATEMATIKK 4D H-03

Eksamensoppgave i TMA4295 Statistisk inferens

Eksamensoppgave i ST1201/ST6201 Statistiske metoder

f =< 2x + z/x, 2y, 4z + ln(x) >.

Forelesning Matematikk 4N

TMA4120 Matte 4k Høst 2012

Kap 5 Laplace transformasjon. La f(t) være definert for t 0. Laplace transformasjonen er. F (s) = f(t)e st dt (1)

UNIVERSITETET I OSLO

Eksamensoppgave i ST0103 Brukerkurs i statistikk

Arne B. Sletsjøe. Oppgaver, MAT 1012

Eksamensoppgave i SØK1010 Matematikk og mikroøkonomi

Transkript:

Institutt for matematiske fag Eksamensoppgave i TMA4135 Matematikk 4D Faglig kontakt under eksamen: Gunnar Taraldsen Tlf: 46432506 Eksamensdato: 3. desember 2016 Eksamenstid (fra til): 09:00 13:00 Hjelpemiddelkode/Tillatte hjelpemidler: C: Bestemt, enkelt kalkulator og Rottmann matematisk formelsamling. Annen informasjon: Alle svar må begrunnes. Du må ha med nok mellomregninger til at tenkemåten din klart fremgår. Oppgaven består av 25 delpunkter som har lik vekt ved sensur. To sider med formler er vedlagt bakerst. Målform/språk: bokmål Antall sider: 3 Antall sider vedlegg: 2 Informasjon om trykking av eksamensoppgave Originalen er: 1-sidig 2-sidig sort/hvit farger skal ha flervalgskjema Dato Kontrollert av: Sign Merk! Studenter finner sensur i Studentweb. Har du spørsmål om din sensur må du kontakte instituttet ditt. Eksamenskontoret vil ikke kunne svare på slike spørsmål.

TMA4135 Matematikk 4D 3. desember 2016 Side 1 av 3 Oppgave 1 La f(x) = x 3 og x 0 1 2 y 0 1 8. a) Finn andregradspolynomet p(x) som interpolerer punktene. b) Approksimer integralet 2 0 f(x) dx ved Simpson s metode ved å beregne f i tre punkter. c) Beregn integralene 2 0 f(x) dx og 2 0 p(x) dx og forklar sammenhengen med de foregående beregningene. d) Beregn en approksimasjon av f (1) ved sentrale differanser og funksjonsverdiene i punktene x = 0, x = 1 og x = 2. e) Beregn p (1) og forklar sammenhengen med de foregående beregningene. Oppgave 2 I denne oppgaven skal du se på løsning av ligningen y = xy 2 med startverdi y(0) = 1. a) Vis at y = (1 x2 2 ) 1 er en løsning. b) Hvilken metode er implementert i følgende Python kode. def metode (N) : x = 0 y = 1 h = 0. 1 def f ( x, y ) : return ( x y y ) for n in range (0,N) : # 0 <= n <= N 1 A = h f ( x, y ) B = h f ( x + h, y + A) x = x + h y = y + 0. 5 (A + B) return y c) Hva blir resultatet med N = 1? d) Beregn en approksimasjon til y(0.1) ved et steg med trapesmetoden. e) Hvilken orden har metodene?

Side 2 av 3 TMA4135 Matematikk 4D 3. desember 2016 Oppgave 3 I denne oppgaven er L(y) Laplace transformasjon av y(t). a) Beregn L(8 cos(2t)). b) Beregn L ( ) 1 exp( πs) s 2 +4. c) Finn y(t) når y + 4y = δ(t π), y(0) = 8 og y (0) = 0. d) Finn L(1 y) når y(t) = t3 3!. e) Finn y(t) når y(t) t 0 y(τ)sin(t τ) dτ = t2. Oppgave 4 La g være den odde utvidelsen til f(x) = { x hvis 0 x < 1 2, 1 x hvis 1 2 x 1. a) Skisser grafen til y = g(x) for 1 x 1. Finn Fourier-sinusrekken til f. b) Vis at π 2 = 8(1 + 1/3 2 + 1/5 2 + 1/7 2 + ). c) Finn løsningen u(x, t) til varmeligningen u t = u xx, 0 x 1, 0 t som oppfyller randbetingelsene u(0, t) = u(1, t) = 0 og startbetingelsen u(x, 0) = f(x) ved separasjon av variable. Hint: Start med u(x, t) = F (x)g(t). d) Vis at v(x, t) = u(x, t) + 1 x løser varmeligningen v t = v xx med randbetingelsene v(0, t) = 1, v(1, t) = 0 og startbetingelsen v(x, 0) = f(x) + 1 x. Forklar hvordan denne varmeligningen kan løses ved Crank-Nicolson metoden. e) La X(t) = u(1/4, t) = u(3/4, t) og Y (t) = u(1/2, t). Beregn en approksimasjon til X(1/16) og Y (1/16) ved å beregne et steg med den implisitte Euler metoden.

TMA4135 Matematikk 4D 3. desember 2016 Side 3 av 3 Oppgave 5 La z = h(x, y) = (x, y) = x 2 + y 2 og a = (1, 1). a) Beregn gradienten h og den retningsderiverte D a h i P = (10, 10)/ 2. b) Skisser grafen til z = h(x, y) og forklar hvordan du kunne funnet h direkte ved et geometrisk argument. c) La Q = (15, 15)/ 2. Skisser nivåkurven gitt av h(x, y) = 10, punktet Q, ( h)(q) og tangentlinjen L til nivåkurven i punktet P. Forklar hvorfor tangentlinjen L er gitt av punktene P som oppfyller ligningen ( h)(q) (Q P ) = 5. Oppgave 6 En robot har posisjon R i et rektangulært rom med hjørner A, B, C, D hvor sidekantene har lengde 20m og 10m. Roboten finner sin posisjon ved signaler sendt ut fra hjørnene. a) Roboten måler avstandene R A = 15.5m og R B = 6.5m. Tegn figur med skala slik at 1m tegnes som 1cm og finn posisjonen R 0 = (x 0, y 0 ) med en nøyaktighet på 1m ved å måle på figuren. De to avstandene gir to ikke-lineære ligninger som kan løses ved Newton s metode. La R 0 være startverdien og beregn en bedre approksimasjon R 1 ved å utføre et steg med Newton s metode. b) La startverdien være R 0 = C hvor C er hjørnet nærmest hjørne B. Forklar hvordan en bedre approksimasjon R 1 kan finnes ved en geometrisk tolkning av Newton s metode i dette tilfellet. Finn R 1 ved å utføre et steg med Newton s metode med den geometriske metoden. Anta at roboten kun har målingen R B = 6.5m tilgjengelig. Hvilket punkt R B vil Newton s metode konvergere mot da? Anta at roboten har måling av avstanden fra alle fire hjørner tilgjengelig. Forklar hvordan Newton s metode kan brukes til å finne posisjonen R. To sider med formler er vedlagt.

TMA4135 Matematikk 4D 3. desember 2016 Side i av ii Numerics Fixed-point iteration: x (k+1) = g(x (k) ) converges if g K < 1 Vectorial Newton s method: x (k+1) = x (k) + h (k) and h (k) is the smallest least-squares solution of f (x (k) )h (k) = f(x (k) ) with f ij = j f i Lagrange interpolation polynomial: p n (x) = n k=0 L k (x)f(x k ) and L k (x) = i k x x i x k x i Newton series: f(x) = f[x 0 ] + f[x 0, x 1 ](x x 0 ) + +f[x 0, x 1,..., x n ](x x 0 ) (x x n 1 ) + f (n+1) (t) (n+1)! (x x 0 ) (x x n ) Taylor series: f(x) = f(x 0 ) + f (x 0 )(x x 0 ) + + f (n) (x 0 ) n! (x x 0 ) n + f (n+1) (t) (n+1)! (x x 0 ) n+1 Trapezoid rule: [ ] b a f(x) dx = h 1 f 2 0 + f 1 + f 2 +... + f n 1 + 1f 2 n b a 12 h2 f (t) Simpson rule: b a f(x) dx = [ ] h f0 +4f 3 1 +2f 2 +...+4f 2m 1 +f 2m b a 180 h4 f (4) (t) Jacobi iteration: x (k+1) = b Lx (k) Ux (k) with A = I + L + U Gauß Seidel iteration and Liebmann s method: x (k+1) = b Lx (k+1) Ux (k) with A = I + L + U ADI: x u (n+ 1 2 ) = y u (n) + ρ, y u (n+1) = x u (n+ 1 2 ) + ρ Euler method: y n+1 = y n + hf(x n, y n ) Improved Euler method: k 1 = hf(x n, y n ), k 2 = hf(x n + h, y n + k 1 ), y n+1 = y n + 1 2 k 1 + 1 2 k 2 The classical Runge Kutta method: k 1 = hf(x n, y n ), k 2 = hf(x n + h/2, y n + k 1 /2), k 3 = hf(x n + h/2, y n + k 2 /2), k 4 = hf(x n + h, y n + k 3 ), y n+1 = y n + 1 6 k 1 + 1 3 k 2 + 1 3 k 3 + 1 6 k 4 Implicit Euler method: y n+1 = y n + hf(x n+1, y n+1 ) Trapezoid and Crank-Nicolson methods: y n+1 = y n + h 2 [f(x n, y n ) + f(x n+1, y n+1 )] Finite differences: u (x) u(x+h) u(x h), u (x) u(x h) 2u(x)+u(x+h) 2h h 2

Side ii av ii TMA4135 Matematikk 4D 3. desember 2016 Fourier series: f(x) a 0 + n=1 ( an cos ( nπx L ) + bn sin ( )) nπx L a 0 = 1 L f(x) dx, a n = 1 L ( ) nπx f(x) cos dx, b n = 1 L ( ) nπx f(x) sin dx 2L L L L L L L L Fourier transform f(x) = 1 2π ˆf(k)e ikx dk ˆf(k) = 1 2π f(x)e ikx dx f g(x) 2π ˆf(k)ĝ(k) f (n) (x) (ik) n ˆf(k) e ax2 1 2a e k2 /4a e a x 2 π a k 2 +a 2 1 π 1+x 2 2 e k 2 sin ka π k f(x) = [ x < a] Laplace transform f(t) F (s) = 0 e st f(t) dt e at f(t) F (s a) cos(ωt) sin(ωt) cosh(ωt) sinh(ωt) s s 2 +ω 2 ω s 2 +ω 2 s s 2 ω 2 ω s 2 ω 2 t n n! s n+1 e at 1 s a f(t a)u(t a) δ(t a) e sa F (s) e as