9. mai 2019 MAT Oblig 2 - Løsningsforslag

Like dokumenter
6. mai 2018 MAT Obligatorisk oppgave 2 av 2 - Løsningsforslag

Løsningsforslag øving 6

Løsning til prøveeksamen i MAT2400, V-11

5.8 Iterative estimater på egenverdier

Rang og Vektorrom. Magnus B. Botnan NTNU. 4. august, 2015

Kap. 6 Ortogonalitet og minste kvadrater

UNIVERSITETET I OSLO

Løsningsforslag for Eksamen i MAT 100, H-03

MA1102 Grunnkurs i analyse II Vår 2019

MA1102 Grunnkurs i Analyse II Vår 2015

(ii) g = (f B)^{-1} \: V \to B \subset R^m er deriverbar med Dg(f(u)) = (Df(u))^{-1} \: R^m \to R^m for alle u i B.

6.8 Anvendelser av indreprodukter

UNIVERSITETET I BERGEN

A.3.e: Ortogonale egenfunksjonssett

Løsningsforslag til eksamen i MA1202/MA6202 Lineær algebra med anvendelser høsten 2009.

Taylorpolynom (4.8) f en funksjon a et punkt i definisjonsmengden til f f (minst) n ganger deriverbar i a Da er Taylorpolynomet til f om a

OPPGAVESETT MAT111-H17 UKE 39. Oppgaver til seminaret 29/9

Vi skal nå lære hvordan vi kan finne en formel for å bestemme det n te elementet i en tallfølge av 2. grad.

MAT Grublegruppen Notat 6

UNIVERSITETET I OSLO

For å vise at et metrisk rom (X, d) er komplett må vi vise at enhver Cauchy-følge (x_n)_n i (X, d) konvergerer mot en grense x i X.

Konvergenstester Forelesning i Matematikk 1 TMA4100

15 Hovedprinsippet for vektorrom med et indre produkt

UNIVERSITETET I BERGEN

INVERST FUNKSJONSTEOREM MAT1100 KALKULUS

Litt om numerisk integrasjon og derivasjon og løsningsforslag til noen ekstraoppgaver MAT-INF 1100 uke 48 (22/11-26/11)

Et forsøk på et oppslagsverk for TMA4145 Lineære metoder

Oppgave 14 til 9. desember: I polynomiringen K[x, y] i de to variable x og y over kroppen K definerer vi undermengdene:

Løsningsforslag eksamen 18/ MA1102

Dagens mål. Det matematiske fundamentet til den diskrete Fourier-transformen Supplement til forelesning 8 INF Digital bildebehandling

Løsningsforslag til Mat112 Obligatorisk Oppgave, våren Oppgave 1

Partieltderiverte og gradient

Løsninger for eksamen i MAT Lineær algebra og M102 - Lineær algebra, fredag 28. mai 2004, Oppgave 1. M s = = 1 2 (cofm 2) T.

Analysedrypp IV: Metriske rom

Det matematisk-naturvitenskapelige fakultet

TMA4110 Eksamen høsten 2018 EKSEMPEL 1 Løsning Side 1 av 8. Løsningsforslag. Vi setter opp totalmatrisen og gausseliminerer: x 1 7x 4 = 0

Oppgavesett. Kapittel Oppgavesett 1

UNIVERSITETET I OSLO

Følger og rekker. Department of Mathematical Sciences, NTNU, Norway. November 10, 2014

Notat 05 for MAT Relasjoner, operasjoner, ringer. 5.1 Relasjoner

UNIVERSITETET I OSLO

Seksjonene 9.6-7: Potensrekker og Taylor/Maclaurinrekker

Anbefalte oppgaver - Løsningsforslag

x 2 + y 2 z 2 = c 2 x 2 + y 2 = c 2 z 2,

3.9 Teori og praksis for Minste kvadraters metode.

4.2 Nullrom, kolonnerom og lineære transformasjoner

UNIVERSITETET I OSLO

Analysedrypp II: Kompletthet

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

EKSAME SOPPGAVE MAT-1004 (BOKMÅL)

1 Mandag 1. februar 2010

Lineær algebra. 0.1 Vektorrom

En rekke av definisjoner i algebra

Løsningsforslag til eksamen i MA1202/MA6202 Lineær algebra med anvendelser våren 2009.

Eksamensoppgave MAT juni 2010 (med løsningsforslag)

MA1102 Grunnkurs i analyse II Vår 2019

MAT1120 Notat 1 Tillegg til avsnitt 4.4

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

Løsningsforslag til prøveeksamen i MAT1100, H-14 DEL 1

UNIVERSITETET I OSLO

4.1 Vektorrom og underrom

STE6146 Signalbehandling =-WUDQVIRUPHQ

UNIVERSITETET I OSLO

Oppgave x d 1.0 for n from 1 by 1 to 200 do x d sin x end do

TMA4100 Matematikk 1 Høst 2014

y(x) = C 1 e 3x + C 2 xe 3x.

Løsningsforslag Eksamen M100 Høsten 1998

Seksjonene 9.6-7: Potensrekker og Taylor/Maclaurinrekker

UNIVERSITETET I OSLO

Oppgave Iterasjonen ser ut til å konvergere sakte mot null som er det eneste fikspunktet for sin x.

Kap. 6 Ortogonalitet og minste kvadraters problemer

der hver f_i \: E \to R er deriverbar i x, for 1 \le i \le p. Vi kan skrive likningen \epsilon(x, h) = (\epsilon_1(x, h), \dots, \epsilon_p(x, h)).

Bjørn Jahren. 1. DIFFERENSIABILITET I R m

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

Julenøtter til gruppe 5&7! (IKKE eksamensrelevant, bare for gøy gjerne i romjulen)

Notasjon i rettingen:

Notat om Peanos aksiomer for MAT1140

Lineærtransformasjoner

Universitet i Bergen. Eksamen i emnet MAT121 - Lineær algebra

UNIVERSITETET I BERGEN

Løsningsforslag til eksamen i MAT 1100 H07

Logaritmer og eksponentialfunksjoner

x A e x = x e = x. (2)

OPPGAVESETT MAT111-H16 UKE 43. Oppgaver til seminaret 28/10

Vår TMA4105 Matematikk 2. Løsningsforslag Øving 6. 5 Exercise Exercise

MAT jan jan feb MAT Våren 2010

UNIVERSITET I BERGEN

Fasit til utvalgte oppgaver MAT1110, uka 11/5-15/5

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

Prøveeksamen i MAT 1100, H-03 Løsningsforslag

MAT-1004 Vårsemester 2017 Obligatorisk øving 3

MAT1120 Notat 2 Tillegg til avsnitt 5.4

Potensrekker Forelesning i Matematikk 1 TMA4100

Løsningsforslag, Ma-2610, 18. februar 2004

Litt topologi. Harald Hanche-Olsen

Mer om kvadratiske matriser

7 Ordnede ringer, hele tall, induksjon

9 Lineærtransformasjoner TMA4110 høsten 2018

Eksamen i TMA4190 Mangfoldigheter fredag 30 mai, 2014

Repetisjon: Om avsn og kap. 3 i Lay

Transkript:

9. mai 219 MAT 24 Oblig 2 - Løsningsforslag

Oppgave 1. La X være vektorrommet X = C([ 1, 1], R utstyrt med sup-norm, og la G : X X være definert ved G(f(x = f(s m ds, for en m N. Vis at G er deriverbar i ethvert element f X og finn de deriverte. Løsningsforslag: Vi begynner med å finne de retningsderiverte. Vi har G (f; r(x (f(s + tr(sm f(s m ds t t m = mf(s m 1 k=2 k f(s m k (tr(s k ds r(sds + lim t t = mf(s m 1 r(sds, hvor konvergensen er uniform på grunn av potensen 2 av t i det siste integralet. Dette antyder at avbildingen A definert ved A(r(x = er den deriverte til G i punktet f. Linearitet: A(αr 1 + βr 2 (x = = α Avbildingen er også begrenset siden mf(s m 1 r(sds mf(s m 1 (αr 1 (s + βr 2 (sds mf(s m 1 r 1 (sds + β = αa(r 1 (x + βa(r 2 (x. A(r(x = ( 1 =: M r, mf(s m 1 r(sds mf(s m 1 r(s ds mf(s m 1 ds r så A(r M r for all r. Det gjenstår å estimere restleddet. σ(r(x = G(f + r(x G(f(x A(r(x, = = mf(s m 1 r 2 (sds (f(s + r(s m f(s m mf(s m 1 r(sds k=2 m ( k=2 m k k f(s m k r(s k ds f(s m k r k 1

som viser at det fins en konstant M 2 slik at σ(r M 2 r 2, og dermed at restleddet går mot null raskere enn r. Oppgave 2. La Y være et komplett lineært rom, og la M betegne rommet av alle begrensede lineære operatorer fra Y til seg selv. La L : M M være avbildingen definert ved L(A := A 2. (a Vis at L er deriverbar i alle A M, og finn de deriverte. (b Vis at det fins en ɛ > slik at for B M med B Id < ɛ, fins det en begrenset lineær operator A = B, det vil si en begrenset lineær operator A slik at A 2 = B. Er en slik A unik? Løsningsforslag: (a Vi begynner med å finne de retningsderiverte. L(A + tr L(A (A + tr 2 A 2 lim t t t t A 2 + Atr + tra + t 2 r 2 A 2 t t t(ar + ra + t 2 r 2 t t Ar + ra + tr 2 t = Ar + ra. Dette indikerer at den deriverte (gitt at den eksisterer kan være gitt ved L (A(r = Ar + ra. (i Linearitet: L (A(αr 1 + βr 2 = A(αr 1 + βr 2 + (αr 1 + βr 2 A = Aαr 1 + Aβr 2 + αr 1 A + βr 2 A = α(ar 1 + r 1 A + β(ar 2 + r 2 A = αl (A(r 1 + βl (A(r 2. (ii Begrensethet: Ar + ra Ar + ra A r + r A 2 A r, der A er en konstant siden A er gitt på forhånd. (iii Restleddet: L(A + r L(A L (A(r = (A + r 2 L(A (Ar + ra = A 2 + Ar + ra + r 2 A 2 (Ar + ra = r 2, og r 2 går mot null raskere enn r. 2

(b Vi vil bruke det inverse funksjonsteorem, så først vil vi vise at L er kontinuerlig. Vi har at (L (A L (B(r = L (A(r L (B(r = Ar + ra Br rb = (A Br + r(a B 2 A B r, så (L (A L (B 2 A B, så L er Lipschitz-kontinuerlig. Videre ser vi at L (Id(r = Ir + ra = 2Ir (siden avbildinger kommuterer med identiteten så L (Id = 2Id som er en invertibel begrenset lineær operator. Siden L(Id = Id sier det inverse funksjonsreorem da nettopp at den fins en ɛ-omegn om Id med en invers L 1 til L, det vil si at L(L 1 (B = (L 1 (B 2 = B. Så vi setter A = L 1 (B. En slik A er lokalt unik, men ikke globalt, siden ( A 2 = A 2 = B. Oppgave 3. La l 2 være mengden av alle reelle følger {x j } j N slik at x2 j <. (a Vis at hvis x = {x j }, y = {y j } l 2, så konvergerer x jy j (Hint: bruk Cauchy-Schwarz ulikhet. (b Vis at l 2 er et vektorrom. (c Vis at x, y = x jy j er et indreprodukt på l 2. (d Vis at l 2 (med metrikken indusert fra indreproduktet i (c er komplett. (e For hver j N, la e j l 2 være følgen hvis j-te komponent er 1 og de andre er. Vis at {e j } j N er en basis for l 2. Løsningsforslag: (a La ɛ > være gitt. Da fins N N slik at l x2 j < ɛ og l y2 j < ɛ når N k < l. Hvis vi nå bruker Cauchy-Schwarz med det ordinære indreproduktet på R l k får vi x j y j ( x 2 j 1/2 ( yj 2 1/2 < ɛ 1/2 ɛ 1/2 = ɛ. Dette viser at følgen av delsummer s N = N x jy j er en Cauchy-følge, så summen konvergerer. (b Her er det underforstått at for x, y l 2 setter vi x + y = {x j + y j } j N, og hvis α R så setter vi α x = {α x j } j N. Før vi går igang med å sjekke at (i (viii på side 133 134 er tilfredsstilt, må vi sjekke at x + y l 2 og at α x l 2. Det letteste er det siste, siden (α x j 2 = α 2 x2 j, som er mindre enn ettersom x l 2. Videre har vi (x j + y j 2 = x 2 j + yj 2 + 2 x j y j, 3

der de to første summene til høyre for likhetstegnet konvergerer siden x, y l 2, og den siste summen konvergere ved (a. Vi dropper her i løsningsforslaget å vise (i (viii. (c Det følger fra (a at x, y R. Vi dropper her i løsningsforslaget å vise (i til (iv på side 142 i boka. (d Anta at {x k } k N = {{x k j } j N} k N er en Cauchy-følge. Vi må vise at x k konvergerer mot en grense i l 2. Vi starter med å finne en kandidat til grensen. Merk først at dersom vi fikserer en j N, så er {x k j } k N en Cauchy følge. Dette er fordi det for enhver ɛ > fins N N slik at x n j x m j = ((x n j x m j 2 1/2 ( (x n j x m j 2 1/2 < ɛ, når N m < n. Vi setter så x j k x k j, og siden x = {x j } j N. Det gjenstår nå å vise at x l 2 og at x k x når k. La nå betegne normen indusert av indreproduktet over. Siden x k er Cauchy, fins en N N slik at x n x m < 1 når N m < n. Så for alle n > N har vi at x n = x N + ( x n x N x N + x n x N x N + 1, (der vi i siste ulikhet har brukt (5.1.2 på side 136 i læreboka. Det følger da at for enhver M N så har vi at M ( (x j 2 1/2 ( M (x k j 2 1/2 x N + 1, k så (x j 2 <. Det gjenstår å vise at x k x når k. Gitt ɛ > fikserer vi så en N N slik at x n x k < ɛ/2 når N k < n. For enhver M N har vi da at M ( (x j x k j 2 1/2 ( M (x n j x k j 2 1/2 ɛ/2, n så lenge k N, så x k x ɛ/2 < ɛ så lenge k N. (e La x = {x j } j N l 2. Vi setter α j = x j, og påstår at x = α je j. La så ɛ > være gitt, og se så på delsummene s N = N α je j. Vi har at x s N = {a j } j N der a j = for j = 1,..., N, og a j = x j for j N + 1. Så x s N = ( j=n+1 x2 j 1/2, som per definisjon er mindre enn ɛ når N er tilstrekkelig stor. Til slutt, hvis x = α je j = β je j, så har vi = α j e j β j e j 2 = (α j β j e j 2 = (α j β j 2, som kan holde (hvis og bare hvis α j = β j for alle j N, så utviklingen er unik. 4