EKSAMENSOPPGAVER MATEMATIKKDELEN AV TMA4135 MATEMATIKK 4D H-03

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

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

TMA Matematikk 4D Fredag 19. desember 2003 løsningsforslag

LØSNINGSFORSLAG EKSAMEN MATEMATIKK 4N,

Eksamensoppgave i TMA4135 Matematikk 4D

EKSAMEN I TMA4120 MATEMATIKK 4K, LØSNINGSFORSLAG

Løsningsførslag i Matematikk 4D, 4N, 4M

Eksamen i TMA4123/TMA4125 Matematikk 4M/4N

Eksamen i TMA4123/TMA4125 Matematikk 4M/N

dg = ( g P0 u)ds = ( ) = 0

Eksamen i TMA4122 Matematikk 4M

Vi regner først ut de nødvendige partiellderiverte for å se om vektorfeltet er konservativt. z = 2z, F 2 F 2 z = 2y, F 3. x = 2x, F 3.

EKSAMEN I FAG SIF5005 MATEMATIKK 2

Eksamensoppgave i TMA4135 Matematikk 4D

y = x y, y 2 x 2 = c,

Løsningsforslag til eksamen i TMA4105 matematikk 2,

TMA4135 Matematikk 4D Høst 2014

Eksamensoppgave i TMA4130/35 Matematikk 4N/4D

Eksamensoppgave i TMA4135 Matematikk 4D

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

(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, Ma-2610, 18. februar 2004

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

Anbefalte oppgaver - Løsningsforslag

TMA4123/TMA4125 Matematikk 4M/4N Vår 2013

TMA4120 Matematikk 4K Høst 2015

Løsningsforslag eksamen i TMA4123/25 Matematikk 4M/N

Oppgaver og fasit til seksjon

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

Fakta om fouriertransformasjonen

EKSAMENSOPPGAVER FOR TMA4120 MATEMATIKK 4K H-03 Del B: Kompleks analyse

Eksamensoppgave i TMA4125 Matematikk 4N

Eksamensoppgåve i TMA4135 Matematikk 4D

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.

Løsningsforslag, eksamen MA1103 Flerdimensjonal analyse, 8.juni 2010

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

Eksamensoppgave i TMA4123/TMA4125 Matematikk 4M/4N

HØGSKOLEN I BERGEN Avdeling for Ingeniørutdanning

MA1101 Grunnkurs Analyse I Høst 2017

EKSAMEN I FAG SIF5005 MATEMATIKK 2

Eksamensoppgave i TMA4135 Matematikk 4D: Løysing

y (t) = cos t x (π) = 0 y (π) = 1. w (t) = w x (t)x (t) + w y (t)y (t)

Løsningsforslag. e n. n=0. 3 n 2 2n 1. n=1

TMA4123/TMA4125 Matematikk 4M/4N Vår 2013

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.

The full and long title of the presentation

UNIVERSITETET I BERGEN

Eksamen R2, Våren 2011 Løsning

EKSAMEN i MATEMATIKK 30

FYS2140 Kvantefysikk, Løsningsforslag for Oblig 1

Løsningsforslag til eksamen i MAT 1100, H06

x t + f y y t + f z , og t = k. + k , partiellderiverer vi begge sider av ligningen x = r cos θ med hensyn på x. Da får vi = 1 sin 2 θ r sin(θ)θ x

differensiallikninger-oppsummering

UNIVERSITETET I BERGEN

(1 + x 2 + y 2 ) 2 = 1 x2 + y 2. (1 + x 2 + y 2 ) 2, x 2y

EKSAMENSOPPGAVER FOR TMA4110/TMA4115 MATEMATIKK 3

Prøveeksamen i MAT 1100, H-03 Løsningsforslag

TMA4120 Matte 4k Høst 2012

TMA4100 Matematikk 1, 4. august 2014 Side 1 av 12. x 2 3x +2. x 2

Eksamen i MAT1100 H14: Løsningsforslag

Forelesning Matematikk 4N

EKSAMENSOPPGAVER FOR TMA4120 MATEMATIKK 4K H-03 Del B: Kompleks analyse

UNIVERSITETET I OSLO

Løsningsforslag. Oppgave 1 Gitt matrisene ] [ og C = A = 4 1 B = 2 1 3

MAT1110. Obligatorisk oppgave 1 av 2

Arne B. Sletsjøe. Oppgaver, MAT 1012

UNIVERSITETET I OSLO

Optimal kontrollteori

Oppgavene er hentet fra fagets lærebok, Hass, Weir og Thomas, samt gamle eksamener.

BYFE DAFE Matematikk 1000 HIOA Obligatorisk innlevering 5 Innleveringsfrist Fredag 15. april 2016 kl 14 Antall oppgaver: 8

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

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

n=0 n=1 n + 1 Vi får derfor at summen er lik 1/2. c)

Eksamen i emnet M117 - Matematiske metodar Onsdag 7. september 2001, kl Løysingsforslag:

e x = 1 + x + x2 2 + R 2(x), = e 3! ( 1) n x n = n! n=0 y n+1 = y 0 + f(t, y n (t)) dt 1 dt = 1 + x (1 + t) dt = 1 + x x2

LØSNINGSFORSLAG TIL EKSAMEN I FAGET 5005/7 MATEMATIKK 2 1. august der k er et vilkårlig heltall. Det gir

MA0002 Brukerkurs i matematikk B Vår 2014

LØSNINGSFORSLAG EKSAMEN MA0002, VÅR 09

MA0002 Brukerkurs i matematikk B Vår 2017

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

LØSNINGSFORSLAG EKSAMEN I GRUNNKURS I ANALYSE I (MA1101/MA6101)

13.1 Fourierrekker-Oppsummering

Løsningsforslag til eksamen i MAT 1100 H07

TMA4105 Matematikk 2 Vår 2014

Løsningsforslag Eksamen M100 Høsten 1998

UNIVERSITETET I OSLO

Løsningsforslag til eksamen i MA0002, Brukerkurs i matematikk B

LØSNINGSFORSLAG EKSAMEN TMA4105 MATEMATIKK 2 Lørdag 14. aug 2004

TMA4100 Matematikk 1, høst 2013

Kapittel 10: Funksjoner av flere variable

Forelesning Matematikk 4N

e y + ye x +2x xe y + e x +1 0 = 0

Eksamen i TMA4122 Matematikk 4M

Matematikk 4 TMA4123M og TMA 4125N 20. Mai 2011 Løsningsforslag med utfyllende kommentarer

TMA4100 Matematikk1 Høst 2009

Løsningsforslag. og B =

Løsningsforslag. Prøve i Matematikk 1000 BYFE DAFE 1000 Dato: 29. mai 2017 Hjelpemiddel: Kalkulator og formelark. Oppgave 1 Gitt matrisene.

2 Fourierrekker TMA4125 våren 2019

UNIVERSITETET I OSLO

Eksamen R2, Høst 2012

Transkript:

Norges teknisk naturvitenskapelige universitet Institutt for matematiske fag Side av 36 TMA435 Matematikk 4D H-3 Oppgave D-3 Bruk tabell til å vise at funksjonen xe ax (a>) har Fouriertransformert: Side a. september 3 () F(xe ax )= iw (a) 3/ e w /4a. Bruk så () og tabell til å bestemme funksjonen f når EKSAMENSOPPGAVER MATEMATIKKDELEN AV TMA435 MATEMATIKK 4D H-3 Oppgave D- a) La f(x) være definert for x ved når x</, når / x. Finn Fourier-cosinusrekken til f(x) i intervallet x. b) Gitt den partielle differenssialligningen () med randbetingelser t = u, x, t, x () x (,t)= (, t) =, t. x Finn alle løsninger av () og () som er av formen u(x, t) =F (x)g(t). c) Angi en løsning av () og () som oppfyller initialbetingelsen (3) u(x, ) = f(x), x, der f(x) er funksjonen definert i a). Bestem til slutt en løsning av () og () som istedenfor (3) oppfyller initialbetingelsen u(x, ) = sin x, x. Oppgave D- Bruk Laplacetransformasjonen til å løse initialverdiproblemet y +y +y = δ(t ), y()=, y ()=, der δ betegner deltafunksjonen. xe x = f(v) e (x v) dv. Oppgave D-4 a) Finn f(t) og g(t) når deres Laplacetransformerte er b) Løs initialverdiproblemet L(f) =F (s) = s e s, L(g) =G(s) = s ( e s ). y + y = g(t) δ(t ), y() = y () = der g er definert i a) og δ betegner deltafunksjonen. c) Bestem x(t) av integralligningen t der f og g er funksjonene definert i a). [x(u) f(u)]x(t u) du = g(t) Oppgave D-5 a) La f(x) være definert for x ved når x</, x når / <x. Finn Fourier-sinusrekken til f(x) i intervallet x. b) Angi summen av sinusrekken i a) for x = / ogforx = 3/4. Finn summen av rekken + 3 + 5 + 7 +.

TMA435 Matematikk 4D H-3 Side 3 av 36 TMA435 Matematikk 4D H-3 Side 4 a Oppgave D-6 La g være en to ganger deriverbar funksjon, sett g (x) og anta at f(x) dx < og at g(x) dx < slik at de Fouriertransformerte av f(x) og g(x) eksisterer. Vi søker en løsning av den partielle differensialligningen slik at og x =, <x<, y y lim x ± u(x, y) = lim x ± (x, y) = x (x, ) = f(x). y a) Overfør problemet ved hjelp av Fouriertransformasjonen til en ordinær differensialligning og løs denne. b) Vis at løsningen på problemet kan skrives på formen og finn funksjonen h(p, y). u(x, y) = g(x p)h(p, y) dp for y> Oppgave D-7 Løs følgende ligning ved hjelp av Laplacetransformasjonen: hvor y() = og t. y (t)+ t e u y(t u) du y(t) =5e t 4t, Oppgave D-8 a) Finn de løsninger av den partielle differensialligningen som kan skrives på formen og som tilfredsstiller randkravene x + t t = u(x, t) =F (x)g(t), b) Finn en løsning fra a) som også tilfredsstiller kravet u(x, ) = sin x 3sin3x. Oppgave D-9 Gitt den partielle differensialligningen 4 u x u 4 x + u u t = hvor <x<+ og t> og randbetingelsene lim x ± u(x, t) = = lim x ± k u(x, t) x k for k =,, 3 og lim u(x, t) <. t + a) Benytt Fouriertransformasjonen til å overføre den gitte ligning til en ordinær differensi ning og løs denne. Forklar bruken av randbetingelsene. b) Finn en løsning u(x, t) som tilfredsstiller kravet u(x, ) = f(x), hvor f(x) er en passende funksjon. Uttrykk løsningen så enkelt som mulig ved et konvolusjonsintegral c) Regn ut Fouriertransformasjonene til e x og ( x )e x /. d) Vis at u(x, t) = + e u e (x u) / du er en løsning av den inhomogene ligningen 4 u x u 4 x + u u t =( x )e x /. Oppgave D- Løs initialverdiproblemet f (t) =e t sin t + f()= t ved hjelp av Laplacetransformasjonen. Oppgave D- Beregn Fourierintegralet for funksjonen e u (cos u +sinu)f(t u) du, t u(,t)=u(, t) = fort>. e x for <x<

TMA435 Matematikk 4D H-3 Side 5 av 36 TMA435 Matematikk 4D H-3 Side 6 a og begrunn at det eksisterer og konvergerer mot f(x) for alle x. Bruk resultatet til åviseat cos x +x dx = e. Det oppgis at Fourierintegralet til en funksjon f(x) kan skrives som der A(w) = [A(w)coswx + B(w)sinwx] dw f(v)coswv dv, B(w) = f(v)sinwv dv. b) Finn den inverse Laplacetransformerte L s(s+) e ns} for n =,,,... Benytt svaret til å finne løsningen av initialverdiproblemet x + x = r(t), x() = som en uendelig rekke. (Funksjonen r(t) er definert i a).) Oppgave D-4 a) Gitt funksjonen x( x) for x. Finn Fouriercosinusrekken til f(x) i det gitte intervallet. Oppgave D- a) Finn alle funksjoner av typen u(x, t) =F (x)g(t), x, t som tilfredsstiller den partielle differensialligningen ( ) u xx 4u x + u = u t, x, t og randbetingelsene ( ) u(,t)=u(, t) = for t. b) Finn løsningen u(x, t) av( ) og( ) som også tilfredsstiller initialbetingelsen u(x, ) = e x sin x cos x for x. c) Finn løsningen u(x, t) av( ) og( ) som også tilfredsstiller initialbetingelsen Oppgave D-3 a) La r(t) være trappefunksjonen definert ved u(x, ) = xe x for x. r(t) =n + for n<t<n+, n =,,,... Tegn grafen til r(t) og uttrykk r(t) ved enhetsprangfunksjoner (unit step functions) u(t n). Finn den Laplacetransformerte R(s) = L(r) som en geometrisk rekke. For hvilke s konvergerer rekken, og hva blir summen? b) Finn alle løsninger på formen u(x, y) = F (x)g(y) av randverdiproblemet ( ) y = y u for x, y, x x (,y)= (, y) = for y>. x c) Finn en (formell) løsning av ( ) på formen u(x, y) = F n (x)g n (y) som oppfyller Finn også en løsning av ( ) som oppfyller n= u(x, ) = x( x) for x. u(x, ) = cos x cos 3x for x. Oppgave D-5 a) La a være en positiv konstant. Finn den inverse Fouriertransformerte til b) Gitt den todimensjonale Laplaceligningen () med tilleggsbetingelser () lim u(x, y) = lim x ± e a w. x + u = for <x<, y y x ± (x, y) = x La û(w, y) være den Fouriertransformerte av u(x, y) med hensyn på x. Bruk Fouriert formasjonen til å finne en ordinær differensialligning for û(w, y) og løs denne.

TMA435 Matematikk 4D H-3 Side 7 av 36 TMA435 Matematikk 4D H-3 Side 8 a c) Anta at u(x, y) i tillegg til () og () også oppfyller lim u(x, y) = og u(x, ) = f(x), y der f er en gitt funksjon som kan Fouriertransformeres. Vis at u(x, y) kan skrives på formen u(x, y) = y f(t) dt for y>. (x t) + y Oppgave D-6 a) Bestem } L(t sin t), L(t cos t) og L ( + s ) ved å bruke formler for Laplacetransformasjonen i formelsamlingen. b) Finn ved hjelp av Laplacetransformasjonen de løsninger av differensialligningen som tilfredsstiller x() =. Oppgave D-7 a) Gitt funksjonen tx x + tx = x for <x<, for x<; som antas å være periodisk med periode. Finn Fourier-rekken til f(x). b) Funksjonen g(x) er også periodisk med periode og e x for <x<, g(x) = for x<. Det oppgis at g(x) har Fourier-rekke ( ) n n + e x ( ( ) n e ) sin nx. Hva er summen av rekken ( ) for x = / ogforx =3/? Finn også summen av rekken + 3 3 + + 5 5 + 7 7 + +. Oppgave D-8 Gitt den partielle differensialligningen () x +4 +6u + y x y =. a) Finn de løsninger på formen u(x, y) =F (x)g(y) som tilfredsstiller kravene ( ) u(,y)=u(, y) = for y>. b) Finn en løsning av () som i tillegg til ( ) oppfyller (Oppgitt formel: sin 3 x = 3 sin x sin 3x.) 4 4 u(x, ) = e x sin 3 x. Oppgave D-9 Det oppgis at Fourierintegralet til en funksjon f(x) kan skrives som [A(w)coswx + B(w)sinwx] dw der A(w) = f(x)coswx dx og B(w) = Bestem funksjonene A(w) ogb(w) for funksjonen for x<, e x for x>. Bruk resultatet til å finne verdien av integralene cos w dw og +w w sin w +w dw. Oppgave D- La f(x) være en odde funksjon som oppfyller for <x, for x>. a) Finn den Fouriertransformerte av f(x). f(x)sinwx dx.

TMA435 Matematikk 4D H-3 Side 9 av 36 TMA435 Matematikk 4D H-3 Side a b) Bruk den inverse Fouriertransformasjonen til å beregne integralet a) Vis at Fourierrekken til f(x) er Oppgave D- Gitt den partielle differensialligningen ( cos t)sint dt. t ( ) x +4 x +3u = u, x, t. t a) Finn alle løsninger av ( ) som kan skrives på formen u(x, t) =F (x)g(t) og som oppfyller randbetingelsene (i) u(,t)=u(, t) =, t. b) Finn en løsning av ( ) som i tillegg til (i) også oppfyller initialbetingelsene b) Finn summen av rekkene Oppgave D-4 Finn f(x) av ligningen i) a + sin na cos nx. n sin na n, ii) e x = f(u)e (x u) du. sin na n. (ii) u(x, ) = e x (sin x sin3x), (x, ) =, x. t Oppgave D-5 Gitt den partielle differensialligningen Oppgave D- La u(x, y) være en løsning av x = + u, <x<, y, y som oppfyller u(x, ) = f(x) for alle x. Antaatu(x, y) kan Fouriertransformeres med hensyn på x, ogat lim x ± Vis at u(x, y) kan skrives på formen og finn funksjonen h(t). u(x, y) = lim u(x, y) = e y x ± (x, y) =. x f(x t y) h(t) dt Oppgave D-3 La <a<og la f(x) være en like funksjon med periode som oppfyller hvis x a, hvis a<x. ( ) x + t =, x, t. t a) Finn alle løsninger av ( ) som kan skrives på formen u(x, t) =F (x)g(t) og som opp betingelsene (i) u(,t)=u(, t) =, t. b) Finn en løsning av ( ) som i tillegg til (i) også oppfyller betingelsen (ii) u(x, ) = Oppgave D-6 Gitt et system av ordinære differensialligninger der og y i () = y i() = for i =,. sin nx n 3, x. y +y y = f(t) y +y y = f(t) f(t) = hvis t< hvis t>

TMA435 Matematikk 4D H-3 Side av 36 TMA435 Matematikk 4D H-3 Side a a) Vis at der Y (s) =L[y (t)]. b) Finn y (t) ogy (t). Y (s) = e s s(s +3) Oppgave D-9 a) Finn Fourierrekken til den funksjonen med periode som er gitt ved x for <x, for x. b) Bruk resultatet fra a) til å finne summen av rekkene Oppgave D-7 a) La f(x) være funksjonen Finn den Fouriertransformerte av f(x). b) Bruk resultatet fra a) til å beregne Oppgave D-8 Gitt den partielle differensialligningen ( ) der x og t. x for x, ellers. sin w dw. w x = x + t a) Finn alle løsninger av ( ) på formen u(x, t) =F (x)g(t) som oppfyller (i) u(,t)=u(, t) = for alle t. b) Finn den løsningen av ( ) som i tillegg til (i) også er slik at Fourierrekken til u(x, )e x er gitt ved (ii) u(x, )e x = for x. n= ( ) n sin(n +)x (n +) n= (n +) og n= ( ) n n +. c) La a + [a n cos nx + b n sin nx] være Fourierrekken fra a). Skisser den kontinuerlige f sjonen som har a + a n cos nx som sin Fourierrekke. Det er nok å skissere funksjonen for x. Oppgave D-3 Gitt den partielle differensialligningen () der c er en positiv konstant. a) Finn alle løsninger av () på formen som tilfredsstiller randkravene t = u c x u(x, t) =F (x)g(t) () u(,t)= (L, t) =fort> x der L er en positiv konstant. b) Finn løsningen u av () og () som også tilfredsstiller initialbetingelsene u(x, ) = sin L x, 3 (x, ) = sin t L x, x [,L].

TMA435 Matematikk 4D H-3 Side 3 av 36 TMA435 Matematikk 4D H-3 Side 4 a Oppgave D-3 La funksjonen g være definert ved for x, + x for <x, g(x) = x for <x<, for x. a) Finn den Fouriertransformerte, ĝ, til g. b) Bruk resultatet til å beregne integralet cos w dw. w Oppgave D-3 La h være definert ved h(t) =t + t for t (, ] ogh(t +) =h(t) for t R. a) Skisser funksjonen h for alle t R. b) Finn Fourierrekken til h. c) Bestem summen av Fourierrekken for alle t R. d) Finn summen av rekken Oppgave D-33 La funksjonen f α være definert ved der α er positiv konstant. f α (t) = a) Finn den Laplacetransformerte, L(f α ), til f α. b) Løs differensialligningen der f α er funksjonen ovenfor. ( 4 n + ). 4 n α for t [, +/α], ellers, ( ) y + y = f α, y() = y () =, c) Løsningen y av differensialligningen ( ) vil avhenge av parameteren α. Finn ϕ(t) = lim y(t). Hvilken differensialligning vil ϕ tilfredsstille? α Oppgave D-34 a) Finn L(te t sin t). } e as b) Finn L(t + b)u(t a)} og L der a og b er positive konstanter. (s + b) c) Bruk Laplacetransformasjonen til å finne funksjonen y(t) når for alle t. Oppgave D-35 Løs den partielle differensialligningen y(t) = d dt t ( ) t u x = t der <x< og t, under betingelsene (i) (ii) lim u(x, t) = og lim x ± u(x, ) = f(x) e τ y(t τ) dτ + t x ± (x, t) = x der f(x) er en funksjon som har en Fouriertransformert. Vis at svaret kan skrives på formen u(x, t) = f(x st)g(s) ds der funksjonen g(s) skal bestemmes. Oppgave D-36 Funksjonen x,<x<, er gitt. a) Finn sinusrekken til funksjonen f(x). b) La for alle x, S(x) betegne summen av sinusrekken til f(x) ia). ( Hva blir S ) ( 5 ) og S? 4 4 Skisser grafen til S(x) i det lukkede intervallet [, +].

TMA435 Matematikk 4D H-3 Side 5 av 36 TMA435 Matematikk 4D H-3 Side 6 a Gitt den partielle differensialligningen e) Finn den løsningen av ( ) som i tillegg til (i) også oppfyller ( ) med randkrav x = u +4 t, t (ii) u(x, ) = f(x), x, der f(x) er som i a). ( ) u(,t)==u(, t), t. c) Finn alle løsningene av ( ) på formen u(x, t) =F (x)g(t) som også tilfredsstiller ( ), og bestem en løsning av ( ) som tilfredsstiller ( ) og initialbetingelsen u(x, ) = f(x), <x<, t. Oppgave D-37 Bruk Laplacetransformasjonen til å finne f(t) når for alle t. f(t) =e t t cos(t u)f(u) du Oppgave D-38 a) Finn Fouriercosinusrekka til funksjonen coshx, x. (Husk at sinh x = ex e x og cosh x = ex + e x.) b) Bruk resultatet i a) til åviseat n= ( ) n n + = sinh. c) Hvor mange ledd måvitamedirekkaib)forå beregne summen med feil mindre enn, 4? d) Finn alle løsninger av ( ) x = t, x, t >, t på formen u(x, t) = F (x)g(t) som oppfyller (i) x (,t)= (, t) =, t >. x Oppgave D-39 } } a) Finn L e 3s og L. s(s +) s(s +) b) Gitt et system av differensialligninger der og x() = x () = y() = y ()=. Finn x(t) ogy(t). x + x y = r(t) y + y x = r(t) r(t) = når t<3 når t>3 Oppgave D-4 a) La x( x) for x. Hva blir Fourier-sinusrekken til f(x)? Du kan bru Fourier-sinusrekken til x for x<er [ m 4 (m ) 3 b) Finn alle løsninger av Laplaces ligning ] sin (m )x } sin mx. m () u xx + u yy =, x, y på formen u(x, y) = F (x)g(y) som tilfredsstiller () u(x, ) = u(, y)=u(, y) =. c) Bestem en løsning av () og () som oppfyller (3) u(x, ) =f(x), x der f(x) er funksjonen definert i a).

TMA435 Matematikk 4D H-3 Side 7 av 36 TMA435 Matematikk 4D H-3 Side 8 a Oppgave D-4 a) Finn Fouriertransformasjonen til funksjonen e x cos x. b) Bruk resultatet fra a) til å finne verdien av integralet w + cos wdw. w 4 +4 Oppgave D-4 La f være definert ved cos x, x [,/),, x [/,). La g betegne den odde, periodiske utvidelsen av f med periode,oglah være den like, periodiske utvidelsen av f med periode. a) Skisser g og h på intervallet ( 3, 3]. (Merk av enhetene på aksene.) b) Finn Fourierrekken til h. Oppgave D-43 a) Finn Fouriertransformasjonen til funksjonen x for x for x >. b) Bruk resultatet fra a) til å finne verdien av integralet (Hint: cos w =sin w/) sin t dt. t Oppgave D-44 La a være en positiv konstant. Funksjonene f a og g a er definert ved f a (t) =e at for <t<a, for t> og g a (t) = e at for a<t. a) Finn de Laplacetransformerte Lf a } og Lg a }, og beregn (f a g a )(t). La G og H betegne summen av Fourierrekkene til henholdsvis g og h. c) Bestem G og H i punktene x = /4, x =ogx = /. d) Finn summen av rekkene ( ) m+ (m) og (m). e) Finn alle løsninger u av randverdiproblemet utt = u ( ) xx + u, x [,] u x (,t)=u x (, t) =, t > på formen u(x, t) =F (x)g(t). f) Bestem løsningen av ( ) som tilfredsstiller initialbetingelsene u(x, ) = f(x), u t (x, ) = der f er funksjonen gitt i begynnelsen av oppgaven. b) Bruk Laplacetransformasjonen til å finne en løsning av integralligningen y(t) der g er funksjonen g a for a =. t e u y(t u) du = t g (u)e t u du Oppgave D-45 a) Finn Fourier-sinusrekken til funksjonen på intervallet [,]. b) Differensialligningen (i) u xx +u x + u = tu t er gitt for <x<, t. Finn alle funksjoner av formen u(x, t) =F (x)g(t) tilfredsstiller (i) og randbetingelsen (ii) u(,t)=u(, t) = fort. c) Finn en formell løsning av (i) og (ii) som tilfredsstiller initialbetingelsen (iii) u(x, ) = e x for <x<.

TMA435 Matematikk 4D H-3 Side 9 av 36 TMA435 Matematikk 4D H-3 Side a Oppgave D-46 a) Finn de Fouriertransformerte til funksjonene e x for x> og g(x) = for x< b) Bruk Fouriertransformasjonen til åviseatf g = (f + g). cos(aw) Beregn integralet dw der a er et reelt tall. +w Oppgave D-47 } a) Finn L }, L s + ω s(s + ω ) b) Løs initialverdiproblemet: for x> e x for x<. } e og L as når ω>, a. s + ω y +4y = r(t), y()=,y ()= for <t< der r(t) = når t> c) Skisser grafen til y(t) når y +4y = δ(t ), y()=,y ()=. Oppgave D-48 Funksjonen, <x<, er gitt. Beregn koeffisientene i Fourier-sinusrekken til f(x) og skriv opp rekken. Skisser også grafen til rekkens sum i det lukkede intervallet [, ]. Oppgave D-49 Gitt en sirkulær skive med radius og sentrum i origo. Temperaturen i et punkt på skiven med polarkoordinater (r, θ) betegnes u(r, θ). Den kontinuerlige funksjonen u(r, θ) er løsning av ligningen () r + r r + r θ = og oppfyller (selvsagt) betingelsen () u(r, θ +) =u(r, θ). (<r<, <θ< ) a) La p og bestem alle løsninger av () på formen u(r, θ) = r p G(θ). Hvilke av disse løsningene tilfredsstiller ()? b) (Kan besvares uavhengig av pkt. a)) La f(θ) være en funksjon med periode gitt ved for <θ< f(θ) = for <θ</ for / <θ<. Finn Fourierrekken til f(θ). c) Temperaturen på randen av sirkelskiven, u(,θ), er gitt ved u(,θ)=f(θ). Finn på rekkeform et uttrykk for temperaturen i et vilkårlig punkt (r, θ) på sirkelskive Oppgave D-5 Bruk Fouriertransformasjonen til å finne f(x) når e ax = f(u)e b(x u) du, b > a >. Oppgave D-5 a) Finn den inverse Laplacetransformerte til funksjonen F (s) =e as (s + b). b) Bruk Laplacetransformasjonen til å finne en løsning av initialverdiproblemet ẍ +ẋ + x = δ(t ) δ(t ) x()= ẋ() =. Oppgave D-5 a) Finn alle funksjoner av formen u(x, y) = F (x)g(y) i rektanglet < x < a, < y < b, tilfredsstiller u xx + u yy = u x (,y)=u x (a, y) =u(x, )=. b) Finn den funksjonen, som i tillegg til betingelsene under punkt a, tilfredsstiller u(x, b) =cos x a +cosx a.

TMA435 Matematikk 4D H-3 Side av 36 TMA435 Matematikk 4D H-3 Side a Oppgave D-53 a) Finn Fourier-cosinusrekken til funksjonen e x på intervallet [,]. b) Skisser summen av rekken i intervallet [, ]. c) Evaluer rekken for x =ogx = og bruk dette til å beregne summen av rekkene ( ) n (i) og (ii) +n +n. n= n= Oppgave D-57 Funksjonen u(x, y) er definert for x, y. Den tilfredsstiller differensialligningen () u xxy u = for x, y og randvilkårene () u(,y)=u(, y) = for y. a) Finn først alle funksjoner u(x, y) på formen u(x, y) = F (x)g(y) som tilfredsstiller () og Oppgave D-54 Strømmen i(t) tilfredsstiller ligningen C b) Finn deretter en funksjon u(x, y) som tilfredsstiller (), () og initialvilkåret (3) u(x, ) = sin x +sinx for x. t Ri(t)+ i(τ) dτ = v(t), t<, C der v(t) =når t<5, v(t) =7når 5 t<, og v(t) =når t. a) Finn Laplacetransformasjonen b) Bestem i(t). Beregn i(), i(7) og i(). I(s) =Li(t)}. v(t) R c) Finn tilslutt en formell rekke u(x, y) som tilfredsstiller (), () og initialvilkåret (4) u y (x, ) = for <x<. Oppgave D-58 a) Funksjonen f er definert ved for a<x<b ellers Oppgave D-55 Bestem på kompleks form Fourierrekken til e x for <x der f(x) erperiodisk med periode. Oppgave D-56 a) Løs integralligningen b) Funksjonen f er definert ved t y(t) =(t +)e t e t e τ y(τ) dτ. f(t) = 8sint for t, for t>. Løs differensialligningen y +9y = f(t) med initialverdier y() =, y () =. der a, b er konstanter, <a<b. Regn ut den Fouriertransformerte av f(x). Uttrykk dernest den inverse Fouriertransformasjonen ved f(x). b) Bruk resultatet i a) til å finne verdien av integralene e iwa dw og w Oppgave D-59 Gitt følgende partielle differensialligning sin aw w t u x = e x, <x<, t med randkravene lim u(x, t) = lim u x(x, t) = x ± x ± Vis at en løsning som oppfyller initialbetingelsen u(x, ) = dw.

TMA435 Matematikk 4D H-3 Side 3 av 36 TMA435 Matematikk 4D H-3 Side 4 a er gitt på formen u(x, t) = e s /4 g(s, t)cossx ds. Funksjonen g(s, t) skal bestemmes. ( Husk at differensialligningen dy/dt + ay = b, a og b konstanter, a, har generell løsning y = Ce at + b/a. ) b) Finn løsningen u(x, t) av u t = u xx u x (,t)= u(, t) =3 u(x, ) = x + +cos(x/) cos(3x/). Oppgave D-6 Løs følgende system av differensialligninger y + y + y = δ(t ) y +3y y = med initialbetingelse y () = og y () =. Oppgave D-6 La funksjonen f være definert ved ( a)x for x a ( x)a for x>a når x [,]oga er en gitt konstant i intervallet (,). a) Bestem Fourier-sinusrekken til f. Hva er summen av Fourier-sinusrekken til f i x = a? b) Sett a =. Hva er summen av Fourier-sinusrekken til f i x =? c) Bruk Parsevals teorem (også kalt Parsevals identitet) til å bestemme sin na. n 4 Oppgave D-6 a) Bestem en løsning på formen v(x, t) =Ax + B av randverdiproblemet v t = v xx ( ) v x (,t)=k v(, t) =K der K og K er gitte reelle tall. La u og v være vilkårlige løsninger av ( ). Vis at da vil w = u v tilfredsstille w t = w xx w x (,t)=w(, t) =. Oppgave D-63 a) Funksjonen f(x) er definert for x ved Det oppgis at Skriv opp Fourier-sinusrekken til f(x). x x. f(x)sinnxdx= ( cos n) for n =,,... n3 b) Funksjonen u(x, t) tilfredsstiller differensialligningen () u t + tu u xx = for x, t. Finn alle løsninger på formen u(x, t) =F (x)g(t) som også tilf stiller randvilkårene () u(,t)=,u(, t) = for t. c) Finn en løsning av () og () som tilfredsstiller initialvilkåret (3) u(x, ) = f(x) 8 sin x for x, der f(x) er funksjonen definert i punkt a). Oppgave D-64 Gitt funksjonen e ax, a > a) Regn ut den Fouriertransformerte av f konvolusjon med seg selv (dvs. F(f f)). b) Bruk resultatet i a) til å finne verdien av for alle x R. e a(x u) e au du

TMA435 Matematikk 4D H-3 Side 5 av 36 TMA435 Matematikk 4D H-3 Side 6 a Oppgave D-65 a) Bestem Fourier-sinusrekka til x for x [,]. b) Finn alle løsninger på form u(x, y) = F (x)g(y) av u xx u x + u yy = ( ) u(x, ) =, x [,] u(,y)=u(, y) =, y [, c) Bestem løsningen av ( ) som oppfyller Oppgave D-66 La x = x(t) ogy = y(t) løse u(x, ) =xe x. x x +5y = t y 4y x = med initialbetingelse x() = y() = x () = y () =. a) Vis at X = L(x) ogy = L(y) kan skrives på formen b) Bestem løsningen x = x(t) ogy = y(t). Oppgave D-67 Bruk Fouriertransform til å vise for alle x R og a>. X = s + 8 3(s +4) 5 3(s +) s Y = (s +4)(s +). a cos ωx dω = ω e a x + a Oppgave D-68 Vis ved bruk av kjerneregelen i variable at variabelskiftet u = x +y, v = x overfører ligningen z () y = z x, der den ukjente funksjonen z = f(x, y) skal ha kontinuerlige partiellderiverte, til ligningen z () v =, der den ukjente funksjonen er z = g(u, v) =g(x +y, x) =f(x, y). Hvilke funksjoner z = f(x, y) med kontinuerlige partiellderiverte er det som tilfredsstiller () Oppgave D-69 La funksjonen f være gitt ved f(x, y, z) =z 3 (x + y)z + e x + y 3 +. Finn den retningsderiverte til f i punktet (,, ) i retningen gitt ved i j + k. Finn ligningen for tangentplanet til flaten f(x, y, z) = 3 i punktet (,, ). Oppgave D-7 Du befinner deg i punktet P =(,, 5) på en fjellside hvor høyden over havet er gitt ved z = + 3x +7y. Du beveger deg i retningen gitt ved v = 3i + j. Hva er da vinkelen med horisontalplanet? I hvilke retninger kan du gå fra P for å beholde samme høyde? Oppgave D-7 La z = f(x, y) være en flate i rommet med tangentplan x + z =4 i punktet (3,, ). Finn den retningsderiverte til f(x, y) i punktet (3, ) i retningen j. Bestem også en enhetsvektor u slik at den retningsderiverte til f(x, y) i punktet (3, ),iretni u, er lik /. Oppgave D-7 Gitt funksjonen f(x, y, z) =sin(xy + z 4x +4y).

TMA435 Matematikk 4D H-3 Side 7 av 36 Finn gradienten f(x, y, z). Regn ut den retningsderiverte til f i origo i retning av vektoren v = i +j +4k. Hva er den største retningsderiverte til f i origo? Oppgave D-73 En flate z = f(x, y) i rommet har tangentplan z =x 3y +5 i punktet (,, 4). Finn den retningsderiverte til f i punktet (, ) i retningen i + j. La L være skjæringslinjen mellom tangentplanet i (,, 4) og planet y = x. Finn vinkelen som L danner med xy-planet. Oppgave D-74 Et fly reiser gjennom øvre luftlag der temperaturen i (x, y, z) ert (x, y, z). Finn temperaturendringen per minutt rundt flyet ved et tidspunkt der T x =, T y =, T z = 4 målt i C/km, når flyets fart er km/h og det flyr i retningen 7, 5,. Oppgave D-75 La f være funksjonen gitt ved f(x, y, z) =xyz, oglav være en vektor som står vinkelrett både på a = j + k og b =i + j, og som har positiv k-komponent. Finn den retningsderiverte av f i punktet P (,, ) i retningen til vektoren v. TMA435 Matematikk 4D H-3 D-3 4 xe x for t<, D-4 a) f(t) = for t, t sin t for t< b) y = sin t for t c) x (t) =, x (t) = D-5 a) sin x = sin x ( ) m [ b) /4, /4, /8 D-6 a) û(w, y) =ĝ(w)e w y b) h(p, y) = y e p /4y D-7 y = e t (cos t +3sint)+t g(t) = for t< for t sin 3x sin 4x + 3 4 sin(m )x (m ) D-8 a) u n (x, t) =A n t n sin nx, n =,,... b) u(x, t) =t sin x 3t 9 sin 3x t for t< for t + sin 5x ] sin mx m 5 ++ Side 8 a Fasit D- a) + 6 ( ) n cos (n +)x (n +) n= b) u n (x, t) =A n e nt cos nx, n =,,,... c) u(x, t) = + 6 ( ) n (n +) e (n+)t cos (n +)x n= u(x, t) = e 4t cos x D- y(t) =e t (cos t +sint) e e t sin t u(t ) D-9 a) U(w, t) =B(w)e (w +)t + b) u(x, t) = e t f(u)e (x u) /4t du t c) F ( e x ) = w + } F ( x )e x / =(w +)e w / D- f(t) = 4 4 et + tet D- cos wx +w dw

TMA435 Matematikk 4D H-3 Side 9 av 36 TMA435 Matematikk 4D H-3 Side 3 a D- a) u n (x, t) =B n e x sin nx e (n +3)t, n =,, 3,... b) u(x, t) =e x sin xe 7t c) u(x, t) = ( ) n+ n ex sin nx e (n +3)t n= D-3 a) r(t) = u(t n), R(s) = n= b) [ e (t n)] u(t n), x(t) =r(t) D-4 a) 6 cos mx m s e ns = s( e s ) e (t n) u(t n) b) u n (x, y) =C n e n y / cos nx, n =,,,... c) u(x, y) = 6 cos mx my e m u(x, y) =e y cos x + e 8y cos 4x a D-5 a) x + a b) û(w, y) =A(w)e w y + B(w)e w y s D-6 a) (s +), s (s +), (sin t t cos t) b) x(t) =C(sin t t cos t) D-7 a) 4 cos (n )x (n ) + b) e /, e /, ( ) n sin nx n e / +e D-8 a) u n (x, y) =C n e x sin nx e ( n )/y, n =,, 3,... b) u(x, y) = 3 4 e x sin x e /y 4 e7 x sin 3x e 7/y D-9 A(w) = +w, B(w) = w +w, for s> cos w +w dw = w sin w +w dw = e D- a) b) / cos w i w D- a) u n (x, t) = [ A n cos n +t + B n sin n +t ] e x sin nx, n =,,3,... b) u(x, t) =e x[ cos t sin x cos t sin 3x ] D- h(t) =e t D-3 b) i) a, ii) 4 a D-4 e x D-5 a) u n (x, t) =C n t n sin nx, n =,, t n b) u(x, t) = sin nx n3 D-6 b) y = 3 3 cos 3 t u(t ) [ 3 3 cos 3(t ) ], y = y D-7 a) b) / cos w w D-8 a) u n (x, t) =B n e (n +)t e x sin nx, n =,,... b) u(x, t) =e x ( ) n +]t (n +) e [(n+) sin (n +)x n= D-9 a) 4 + [ ( ) n n b) /8, /4 cos nx + ( )n n ( (n )ct D-3 a) u n (x, t) = A n cos + B n sin L b) u(x, t) =cos ct x sin L L + L 3c ] sin nx 3ct 3x sin sin L L (n )ct ) sin L (n )x, n =, L

TMA435 Matematikk 4D H-3 Side 3 av 36 TMA435 Matematikk 4D H-3 Side 3 a cos w D-3 a) w b) / D-3 b) 3 + [4 ( )n n h(t) c) d) 4 45 + 6 cos nt + ( )n+ n for t (n ), n heltall for t =(n ), n heltall ] sin nt D-33 a) αe s α ( e s/α ) for t b) y(t) = α[ cos(t )] for <t +/α α[cos(t /α) cos(t )] for t>+/α for t, c) ϕ(t) = y + y = δ(t ), y() = y () = sin(t ) for t>; D-34 a) 4(s +) [(s +) +4] ( a + b b) e as + ), (t a)e b(t a) u(t a) s s c) y(t) =t D-35 g(s) =e s / ( ) n D-36 a) sin nx n b) 7/8, 5/8 c) u n (x, t) =B n e [(n +)/4]t sin nx, n =,,3,... ( ) n u(x, t) = e [(n +)/4]t sin nx n D-37 f(t) =e t (t ) D-38 a) sinh + sinh ( ) n n + cos nx c) 4 (fra restleddsestimat for alternerende rekke) d) u n (x, t) =A n t n cos nx, n =,,,... e) u(x, t) = sinh + sinh ( ) n n + t n cos nx D-39 a) [ cos t]; [ cos (t 3)]u(t 3) b) x(t) = [ cos t] [ cos (t 3)]u(t 3), y(t) = x(t) D-4 a) 8 sin (m )x (m ) 3 b) u n (x, y) =C sin nx sinh ny, n =,,... c) u(x, y) = 8 sin (m )x sinh (m )y (m ) 3 sinh (m ) w + D-4 a) w 4 +4 b) cos e D-4 b) + cos x + ( ) m+ cos mx 4m c) G( /4) = /, G() =, G(/) = H( /4)=/, H() =, H(/) = d) ; 4 e) u (x, t) =A e t + B e t u (x, t) =(A + B t)cosx u n (x, t) =(A n cos n t + B n sin n t)cosnx, n =,3,4,... f) u(x, t) = cosh t + cos x + ( ) m+ 4m cos 4m t cos mx D-43 a) f(w) = b) cos w w

TMA435 Matematikk 4D H-3 Side 33 av 36 D-44 a) s a, e a(s a) s a ; eat (t a)u(t a) b) (f g )(t) =e t (t )u(t ) D-45 a) 4 sin(n +)x n + n= b) u n (x, t) =e x sin nx t n, n =,,3,... c) u(x, t) = 4 sin(n +)x e x (n +)t (n+) D-46 a) f(w) = b) e a n= iw ( + w ), ĝ(w) = +iw ( + w ) D-47 a) ω sin ωt; ω ( cos ωt); sin ω(t a)u(t a) ω b) sin t + ] 4[ cos (t ) u(t ) D-48 4 sin (m )x m D-49 a) u(r, θ) =A + Bθ (p =) og u(r, θ) =r p (A cos pθ + B sin pθ) (p>) u (r, θ) =A og u n (r, θ) =r n (A n cos nθ + B n sin nθ) (n =,,...) b) a = 4, a n = sin(n/) ( ) (n )/ /n for n =,3,5,... = n for n =,4,6,... b n = cos(n/) /n for n =,3,5,... = /n for n =, 6,,... n for n = 4, 8,,... f(θ) 4 + [ ] m cos(m +)θ sin(m +)θ sin (m +)θ ( ) + + m + m + m + m= c) 4 + [ ] } r m+ m cos(m +)θ sin(m +)θ (m+) sin (m +)θ ( ) + + r m + m + m + D-5 m= b (b a) e abx /(b a) D-5 a) e b(t a) (t a)u(t a) TMA435 Matematikk 4D H-3 b) e t (t +)+e (t ) (t )u(t ) e (t ) (t )u(t ) D-5 a) u (x, y) =B y og u n (x, y) =B n cos nx ny sinh a a sinh (y/a) x sinh (y/a) x b) u(x, y) = cos + cos sinh (b/a) a sinh (b/a) a D-53 a) [ ] e + b) n= +n = cosh sinh +, ( ) n e +n cos nx n= ( ) n +n = sinh + (n =,,...) D-54 a) I(s) = 7C ( e 5s e s) CRs + b) i(t) = 7 ( e (t 5)/RC u(t 5) e (t )/RC u(t ) ) R i() =, i(7) = (7/R)e /RC, i() = (7/R) ( e 6/RC e /RC) D-55 ( ) n e +n e inx D-56 a) y(t) =cosht sin t sin 3t b) y(t) = for t 3 for t> D-57 a) u n (x, y) =A n e y/n sin nx (n =,,...) b) u(x, y) =e y sin x + e y/4 sin x c) u(x, y) = 4 (m )e y/(m ) sin(m )x D-58 a) f(w) = i e ibw e iaw w i e i(x b)w e i(x a)w dw = w b) i, / D-59 g(s, t) = e s t s f(x +)+f(x ) Side 34 a

TMA435 Matematikk 4D H-3 Side 35 av 36 TMA435 Matematikk 4D H-3 Side 36 a D-6 y = sinh t + ( 4 e (t ) +3e (t )) u(t ) y = 3 4 et 4 e t 3 sinh (t ) u(t ) sin na D-6 a) sin nx, ( a)a n b) ( )(3 ) c) ( a) a /6 D-7 cos (xy + z 4x +4y) [ (y 4)i +(x +4)j +zk ] ; 4; 4 D-73 / ; arctan ( / ) = 35,3 D-74 5/ 3 C/min. D-75 8/3 D-6 a) v(x, t) =K x + K K b) u(x, t) =x + + e t/4 cos(x/) e 9t/4 cos(3x/) D-63 a) 8 sin(m +)x (m +) 3 m= b) u n (x, t) =B n e n t t / sin nx (n =,,...) c) u(x, t) = 8 / e t (m +) 3 e (m+)t sin(m +)x D-64 a) b) e w /a a / a e ax D-65 a) ( ) n+ sin nx n b) u n (x, y) =A n e x sin nx sinh( n +y) (n =,,...) c) u(x, y) = ( ) n+ sinh( n +y) n sinh( n +) ex sin nx D-66 b) x = t 5 sin t + 4 sin t 3 3 y = (cos t cos t) 3 D-68 f(x, y) =φ(x +y) D-69 /3; x +y +4z = D-7 arctan(/ ) = 7,5 ; ± 7, 3 D-7 ;, ± 3