Eksamensoppgave i TMA4125 BARE TULL - LF

Like dokumenter
Eksamensoppgave i TMA4125 Matematikk 4N

Eksamensoppgave i TMA4125 EKSEMPELEKSAMEN - LF

Eksamensoppgave i MA1102/6102 Grunnkurs i analyse II

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

Eksamensoppgave i TMA4135 Matematikk 4D: Løysing

Eksamensoppgave i TMA4135 Matematikk 4D

Eksamensoppgave i TMA4130/35 Matematikk 4N/4D

Eksamensoppgave i TMA4320 Introduksjon til vitenskapelige beregninger

Eksamensoppgave i TMA4135 Matematikk 4D

Eksamensoppgave i TMA4135 Matematikk 4D

Eksamen i TMA4122 Matematikk 4M

Eksamensoppgave i MA1101 Grunnkurs i analyse

Eksamensoppgave i TMA4320 Introduksjon til vitenskapelige beregninger

Eksamensoppgave i MA1101/MA6101 Grunnkurs i analyse I. LØSNINGSFORSLAG

8 Interpolasjon TMA4125 våren 2019

Eksamensoppgave i MA1103 Flerdimensjonal analyse

Eksamen i TMA4123/TMA4125 Matematikk 4M/N

Eksamensoppgave i MA1103 Flerdimensjonal analyse

Eksamensoppgave i TMA4123/TMA4125 Matematikk 4M/4N

Eksamensoppgåve i TMA4135 Matematikk 4D

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.

Eksamensoppgave i TMA4240 Statistikk

Eksamensoppgave i MA1202/MA6202 Lineær algebra med anvendelser

Eksamensoppgave i TMA4150 Algebra

Eksamensoppgave i PED3544 Matematikkproblemer

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

Eksamensoppgave i TMA4115 Matematikk 3

Eksamensoppgave i SØK1001 Matematikk for økonomer

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

Eksamensoppgave i Løsningsskisse TMA4240 Statistikk

UNIVERSITETET I OSLO

Eksamensoppgave i MA2501 Numeriske metoder

Eksamensoppgave i MA1103 Flerdimensjonal analyse

Eksamensoppgave i TMA4140 Diskret matematikk

UNIVERSITETET I OSLO

UNIVERSITETET I OSLO

Eksamensoppgave i TMA4240 / TMA4245 Statistikk

Eksamensoppgave i MA0002 Brukerkurs i matematikk B - LØSNING

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

Eksamensoppgave i TMA4240 Statistikk

Eksamensoppgave i SØK1001 Matematikk for økonomer

Eksamensoppgave i TDT4120 Algoritmer og datastrukturer

TMA4135 Matematikk 4D Høst 2014

Eksamensoppgave i ST0103 Brukerkurs i statistikk

Eksamensoppgave i TMA4240 Statistikk

Eksamensoppgave i SOS1000 Innføring i sosiologi

Eksamensoppgave i TMA4245 Statistikk

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.

EKSAMEN I EMNET Løsning: Mat Grunnkurs i Matematikk I Mandag 14. desember 2015 Tid: 09:00 14:00

LØSNINGSFORSLAG EKSAMEN MATEMATIKK 4N,

x n+1 = x n f(x n) f (x n ) = x n x2 n 3

Eksamensoppgave i TMA4140 Diskret matematikk

UNIVERSITETET I BERGEN

TMA Matematikk 4D Fredag 19. desember 2003 løsningsforslag

Eksamensoppgave i TMA4110/TMA4115 Calculus 3

EKSAMEN I NUMERISK MATEMATIKK (TMA4215)

Eksamensoppgave i SØK1004 Statistikk for økonomer

Eksamensoppgave i ST1201/ST6201 Statistiske metoder

Eksamensoppgave i SØK1004 Statistikk for økonomer

Eksamensoppgave i TMA4295 Statistisk inferens

Anbefalte oppgaver - Løsningsforslag

Eksamensoppgave i MA0002 Brukerkurs i matematikk B - LØSNING

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

EKSAMEN I MA0002 Brukerkurs B i matematikk

TMA4105 Matematikk 2 Vår 2014

Potensrekker Forelesning i Matematikk 1 TMA4100

EKSAMEN Løsningsforslag

Eksamen i TMA4123/TMA4125 Matematikk 4M/4N

Eksamensoppgave i SØK1002 Mikroøkonomisk analyse

UNIVERSITETET I OSLO

Eksamensoppgåve i Løsningsskisse TMA4245 Statistikk

(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)

Eksamensoppgave i LGU52003 MATEMATIKK 2 (5-10), EMNE 2

= x lim n n 2 + 2n + 4

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.

UNIVERSITETET I OSLO

x 2 = x 1 f(x 1) (x 0 ) 3 = 2 x 2 n n x 1 n 0 0, , , , , , , , , , , 7124

Eksamensoppgave i SØK1001 Matematikk for økonomer

Eksamensoppgave i TMA4265 Stokastiske Prosesser

Eksamen i TMA4122 Matematikk 4M

TMA4120 Matematikk 4K Høst 2015

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

Løsningsforslag til eksamen i TMA4105 matematikk 2,

6 Numeriske likningsløsere TMA4125 våren 2019

NTNU Institutt for matematiske fag. TMA4100 Matematikk 1 høsten Løsningsforslag - Øving 8. Oppgave 1. Oppgave 2

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

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

TMA4100 Matematikk 1 Høst 2014

Eksamensoppgave i MA2401/MA6401 Geometri: LF

Eksamensoppgave i TMA4320 Introduksjon til vitenskapelige beregninger

Eksamen i TMA4130 Matematikk 4N

Eksamensoppgave i SØK1011 Markeder og markedssvikt

Løsningsforslag AA6524 Matematikk 3MX Elever 7. juni eksamensoppgaver.org

Eksamensoppgave i SØK1010 Matematikk og mikroøkonomi

Eksamensoppgave i MA0301 Elementær diskret matematikk løsningsforslag

Løsningsforslag eksamen i TMA4123/25 Matematikk 4M/N

Eksamensoppgave i TMA4140 Diskret matematikk

UNIVERSITETET I OSLO

Eksamensoppgave i ST0103 Brukerkurs i statistikk

Eksamensoppgave i TTK4175 Instrumenteringssystemer

Transkript:

Institutt for matematiske fag Eksamensoppgave i TMA425 BARE TULL - LF Faglig kontakt under eksamen: Tlf: Eksamensdato: 8.april-5. juni 29 Eksamenstid (fra til): : - 24: Hjelpemiddelkode/Tillatte hjelpemidler: Kode C: Bestemt, enkel kalkulator, og vedlagte formelark. Annen informasjon: Denne eksamenen består av delpunkt som alle teller like mye. Alle svar skal begrunnes. Valgfritt programmeringsspråk i programmeringsoppgaver. Lykke til. Målform/språk: bokmål Antall sider: 8 Antall sider vedlegg: Informasjon om trykking av eksamensoppgave Originalen er: -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.

TMA425 Matematikk 4N Side av 8 Oppgave Laplacetransformen til en funksjon er gitt ved L(f) = f(t)e st dt = F (s). a) Dersom f er en integrerbar funksjon, kan vi skrive f(t)e at dt f(t)e st dt og siden e st alltid er større enn, kan vi skrive Dersom f(t)e at dt = for to konstanter M og a, kan vi si at f(t) e st dt f(t) Me at f(t) e st dt. Me at e st dt = M e (a s)t dt, og dersom s > a, slik at s a er negativ, konvergerer dette integralet. Vi oppsummerer alle ulikhetene og beregner det siste integralet: f(t)e at dt f(t) e st dt M e (a s)t dt = M s a. b) Det er klart at f(t) = e at er en integrerbar funksjon som tilfredsstiller e at Me bt for to konstanter b og M. Man kan for eksempel velge b = a og M =. La s > a. Vi beregner: f(t)e at dt = e at e st dt = e (a s)t dt = s a. Oppgave 2 Siden f 2 (x) dx = dx = 2 er det klart at det er trygt å fouriertransformene f. Vi beregner 2π f(x)e iwx dx = 2π e iwx dx = ( e iw e iw) 2 sin w = 2π iw π w.

Side 2 av 8 TMA425 Matematikk 4N Oppgave 3 Her bruker vi D Alemberts formel u(x, t) = 2 (f(x + ct) + f(x ct)) + 2c x+ct x ct g(v) dv med f(x) = e x2 og g(x) =, og c =. Vi får u(x, t) = 2 Her er et plot av funksjonen u(x, ) = e x2 : ( e (x+t) 2 + e (x t)2).8.6.4.2-3 -2-2 3 Funksjonen e (x t)2 ser helt lik ( ut, men har maksimum i x = t istedet for x =. Her er et plot av u(x, ) = 2 e (x+) 2 + e (x )2) :.8.6.4.2-3 -2-2 3

TMA425 Matematikk 4N Side 3 av 8.8.6.4.2-3 -2-2 3 ( For pedagogikkens skyld tar vi med et plot av funksjonen u(x, ) = 2 e (x+2) 2 + e (x 2)2) : Merk likheten mellom u(x, t) og bølgene som oppstår etter du har kastet en stein ned i et endimensjonalt vannspeil. Oppgave 4 og at vi må skrive om til formen og kjøre fikspunktmetoden Det er klart at vi skal løse likningen x 2 = sin x x = g(x) x n+ = g(x n ). Omskrivningen til x = g(x) kan gjøres på to åpenbare måter, nemlig x = sin x eller x = arcsin x 2. Vi tar en liten analyse. (Dette er ikke spurt etter på eksamen, men vi skal jo være litt pedagogiske.) Dersom g(x) = sin x, er g (x) = cos x 2 sin x. På intervallet [.5, ] har cos x maksimum i x =.5, og sin x minimum i x =.5, slik at g får et maksimum i x =.5. Vi bruker kalkulator, og beregner g (.5) = cos.5 2 sin.5.63379992845 ser vi at g (x) < på intervallet [.5, ]. Siden g(.5) = sin.5.6924567978 >.5 og g() = sin.97372759788 < og g er monoton, ser vi at.5 < g(x) <, og vi kan derfor garantere at fikspunktmetoden konvergerer til løsningen dersom x [.5, ]. Vi prøver x =.7, og får

Side 4 av 8 TMA425 Matematikk 4N x.8263725785675 x.8484923869 x 2.86624794237 x 3.87278677399 x 4.87528449777373 x 5.8769965387684 x.876722897523 Etter rundt førti iterasjoner ser metoden ut til å konvergere til x.8767262539562. Den andre omskrivningen x = arcsin x 2 konvergerer til x =. Dette kan man også forutse ved å analysere g 2x (x) =. x 4 Siden g (.5).32795558988644 og g er monotont stigende på [.5, ], vil ikke fikspunktmetoden konvergere mot roten. Hvis du prøver med x =.7, vil du se at iterasjonen konvergerer mot x =. Oppgave 5 Chebyshevs nullpunktgitter med n + punkter får man ved formelen x k = cos π 2k + k n. 2n + 2 Tenk at du tar et ekvidistant gitter på [, π] med n + 2 punkter, der endepunktene er inkludert: θ Dette gitteret er gitt ved formelen θ k = πk n + k n +. Nå flytter vi alle punkter et halvt knepp til den ene siden, og tar vekk et punkt: θ

TMA425 Matematikk 4N Side 5 av 8 Dette gitteret er gitt ved formelen θ k = π(2k + ) 2n + 2 k n. Merk at nå er endepunktene ikke med. Hvis vi cosinustransformerer dette gitteret, får vi Chebyshevs nullpunktgitter, gitt ved den første formelen. Vi bruker n = 3 for å få fire punkter. Dette gir punktene x -.9238795325287 x -.3826834323659 x 2.3826834323659 x 3.9238795325287 For å flytte gitteret fra [, ] til [, ], kan vi bruke formelen slik at gitteret blir y k = x k +. 2 x.38623374435 x.3865828387455 x 2.69347682545 x 3.96939766255643 Lagranges interpolasjonspolynom på dette gitteret er: p(x) = e x (x x )(x x 2 )(x x 3 ) (x x )(x x 2 )(x x 3 ) + (x x ex )(x x 2 )(x x 3 ) (x x )(x x 2 )(x x 3 ) + e x (x x 2 )(x x )(x x 3 ) (x 2 x )(x 2 x )(x 2 x 3 ) + (x x ex 3 )(x x )(x x 2 ) (x 3 x )(x 3 x )(x 3 x 2 ). For Chebyshevs nullpunkttgitter finnes et pent feilestimat: f(x) p(x) (b a)n+ 2 2n+ max s [a,b] f n+ (s) Her er b a =, og n = 3. f (x) = e x, som har maksimum i x =. Vi kan derfor konkludere at e x p(x) e 2 7.2236576784836.

Side 6 av 8 TMA425 Matematikk 4N Oppgave 6 Dette kan gjøres på forskjellige måter. Det enkleste er å observere at dette er bare Simpsons metode på intervallet [, 2]. Simpsons metode er en Guass-Lobatto-regel med n = 3, og siden intervallene [, ] og [, 2] er like lange, kan vi plukke vektene fra tabellen, og få A = A 2 = og A 3 = 4. Kommer man 3 ikke på dette er Gauss-Lobatto med n = 3, kan man beregne vektene ved formelen A k = 2 l k (x) dx der l k er lagrangepolynomet tilhørende punkt k. Disse må da settes opp, ganges ut, og integreres. Oppgave 7 Eulers implisitte metode blir y k+ = y k 2hy k+ eller Matlab: y k+ = y k + 2h. n=; h=/n; y=zeros(n+,); y()=; for i=:n y(i+)=y(i)/(+2*h); end disp(y(n+)) Python: import numpy as np n=.; h=/n; y=np.zeros(int(n+)); y[]=; for i in range(int(n)): y[i+]=y[i]/(+2*h) print y[int(n)] Kjører man kodene, får man y.65558289. Dette går fint å gjøre på kalkulator.

TMA425 Matematikk 4N Side 7 av 8 Oppgave 8 a) Vi gitrer opp x-aksen med gitteravstand h, og t-aksen med gitteravstand k. Et typisk gitterpunkt blir (x i, t j ) = (ih, jk), og vi skriver Setter vi inn approksimasjonene og u ij u(x i, t j ). u t (x i, t j ) u i,j+ u ij k u xx (x i, t j ) u i+,j 2u ij + u i,j h 2, inn i varmelikningen, får vi det eksplisitte skjemaet: u i,j+ = u ij + k h 2 (u i+,j 2u ij + u i,j ). b) Matlab: n=5; h=/n; m=; k=/m; r=k/h^2; x=:h:; u=zeros(n+,m+); u(:,)=x.*(-x); for j=:m for i=2:n u(i,j+)=u(i,j)+r*(u(i+,j)-2*u(i,j)+u(i-,j)); end end

Side 8 av 8 TMA425 Matematikk 4N Python: import numpy as np n=5. h=/n m=. k=/m r=k/h**2 x=np.linspace(,,int(n)+) u=np.zeros((int(n)+,int(m)+)) u[np.arange(int(n+)),]=x*(-x) for j in range(,int(m)): for i in range(2,int(n)+): u[i-,j]=u[i-,j-]+r*(u[i,j-]-2*u[i-,j-]+u[i-2,j-])