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



Like dokumenter
OPPGAVESETT MAT111-H16 UKE 47. Oppgaver til seminaret 25/11

OPPGAVESETT MAT111-H17 UKE 47. Oppgaver til seminaret 24/11

Løsningsforslag eksamen i TMA4100 Matematikk desember Side 1 av 7

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

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

Eksamen i emnet MAT111/M100 - Grunnkurs i matematikk I Mandag 15. desember 2003, kl (15) LØYSINGSFORSLAG OPPGÅVE 2:

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

Løsningsforslag til eksamen i MAT111 Vår 2013

TMA4100 Matematikk1 Høst 2009

Løsningsforslag til eksamen i MAT111 - Grunnkurs i Matematikk I

= x lim n n 2 + 2n + 4

QED Matematikk for grunnskolelærerutdanningen. Bind 2. Fasit kapittel 1 Kalkulus

TMA4100 Matematikk 1, høst 2013

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

Løsningsforslag eksamen 18/ MA1102

Løsningsforslag: Eksamen i MAT111 - Grunnkurs i Matematikk I

UNIVERSITETET I BERGEN

EKSAMEN TMA4100 HØST 2014 LØSNINGSFORSLAG. du/dx = e x du = e x dx, Her har vi brukt analysens fundamentalteorem til å derivere telleren.

Løsningsskisser - Kapittel 6 - Differensialligninger

SIF5003 Matematikk 1, 5. desember 2001 Løsningsforslag

OPPGAVE 1 LØSNINGSFORSLAG

Problem 1. Problem 2. Problem 3. Problem 4

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

Alle svar skal grunngis. Alle deloppgaver har lik vekt.

Eksamensoppgave i MA1102/6102 Grunnkurs i analyse II

Løsningsforslag Prøveeksamen i MAT-INF 1100, Høsten 2003

Alle svar skal grunngis. Alle deloppgaver har lik vekt.

Løsningsforslag. og B =

MA1102 Grunnkurs i analyse II Vår 2019

Volum Lengde Areal Forelesning i Matematikk 1 TMA4100

EKSAMEN I EMNET Mat Grunnkurs i Matematikk I - LØSNING Mandag 15. desember 2014 Tid: 09:00 14:00

TMA4100 Matematikk 1 Høst 2014

Sammendrag R mai 2009

Løsningsforslag til Mat112 Obligatorisk Oppgave, våren Oppgave 1

MA0002 Brukerkurs i matematikk B Vår 2014

Løsningsforslag til underveiseksamen i MAT 1100

Areal mellom kurver Volum Forelesning i Matematikk 1 TMA4100

Analyse og metodikk i Calculus 1

UNIVERSITETET I BERGEN Det matematisk-naturvitenskapelige fakultet. Eksamen i MAT111 Grunnkurs i matematikk I Løsningsforslag

Løsningsforslag til Eksamen i MAT111

MA0002 Brukerkurs i matematikk B Vår 2014

Løsningsforslag til eksamen i TMA4105 matematikk 2,

Løsningsforslag, eksamen MA1101/MA6101 Grunnkurs i analyse I, vår 2009

Eksamen. Fag: AA6524/AA6526 Matematikk 3MX. Eksamensdato: 6. desember Vidaregåande kurs II / Videregående kurs II

Utvidet løsningsforslag Eksamen i TMA4100 Matematikk 1, 16/

Den deriverte og derivasjonsregler

EKSAMEN Løsningsforslag

. 2+cos(x) 0 og alle biter som inngår i uttrykket er kontinuerlige. Da blir g kontinuerlig i hele planet.

MAT Grublegruppen Uke 36

LØSNINGSFORSLAG TIL EKSAMEN I MA0001 BRUKERKURS A Tirsdag 14. desember 2010

TMA4100 Matematikk 1, høst 2013

Prøveeksamen i MAT 1100, H-03 Løsningsforslag

Prøve i R2 Integrasjonsmetoder

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

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

Løsningsforslag Eksamen i MA1102/MA6102 Grunnkurs i analyse II 17/

Areal - difflikninger - arbeid Forelesning i Matematikk 1 TMA4100

Løsningsforslag Eksamen M100 Høsten 1998

Integrasjon Forelesning i Matematikk 1 TMA4100

Løsningsforslag for eksamen i brukerkurs i matematikk A (MA0001)

Oppgave 2 Løs oppgavene I og II, og kryss av det alternativet (a, b eller c) som passer best. En funksjon er ikke deriverbar der:

Forkurs, Avdeling for Ingeniørutdanning

Oppsummering TMA4100. Kristian Seip. 26./28. november 2013

Oversikt over Matematikk 1

Arne B. Sletsjøe. Oppgaver, MAT 1012

Potensrekker Forelesning i Matematikk 1 TMA4100

TMA4100 Matematikk 1, høst 2013

Løsningsforslag. 3 x e. g(x) = 1 + x4 x 2

Matematikk 1 (TMA4100)

arbeid - massesenter - Delvis integrasjon Forelesning i Matematikk 1 TMA4100

Prøve i Matte 1000 ELFE KJFE MAFE 1000 Dato: 02. desember 2015 Hjelpemiddel: Kalkulator og formelark

Løsningsforslag eksamen MAT111 Grunnkurs i Matematikk I høsten 2009

Velkommen til eksamenskurs i matematikk 1

Eksempelsett R2, 2008

Løsningsforslag til underveisvurdering i MAT111 vår 2005

3 x = 27 x ln 3 = ln 27 ln 27 x = ln 3 x = x2 = 10 x log(10 x2 ) = log(10 x ) x 2 = x x(x 1)=0 x = 0 x = 1. x +3=2

Obligatorisk oppgave i MAT 1100, H-03 Løsningsforslag

Fasit, Separable differensiallikninger.

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

Separable differensiallikninger.

UNIVERSITETET I AGDER

Løsningsforslag AA6526 Matematikk 3MX Privatister 3. mai eksamensoppgaver.org

TMA4100 Matematikk 1 for MTDESIG, MTIØT-PP, MTMART og MTPROD høsten 2010

Sammendrag kapittel 9 - Geometri

Prøve i Matte 1000 BYFE DAFE 1000 Dato: 03. mars 2016 Hjelpemiddel: Kalkulator og formelark. Alle svar skal grunngis. Alle deloppgaver har lik vekt.

Eksamen i MAT1100 H14: Løsningsforslag

TMA4120 Matematikk 4K Høst 2015

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

Derivasjon Forelesning i Matematikk 1 TMA4100. Hans Jakob Rivertz Institutt for matematiske fag 2. september 2011

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

Løsningsforslag til eksamen i MAT 1100, H06

OPPGAVE 1 NYNORSK. LØYSINGSFORSLAG Eksamen i MAT111 - Grunnkurs i matematikk I onsdag 16. mai 2012 kl. 09:00-14:00. a) La z 1 = 3 3 3i, z 2 = 4 + i,

1 OPPGAVE 2 OPPGAVE. a) Hva blir kontobeløpet den 2. januar 2040? b) Hvor mye penger blir det i pengeskapet den 2. januar 2040?

Potensrekker. Binomialrekker

Matematikk 1 Første deleksamen. Løsningsforslag

Fasit til utvalgte oppgaver MAT1100, uka 15/11-19/11

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

Matematikk 1. Oversiktsforelesning. Lars Sydnes November 25, Institutt for matematiske fag

MA forelesning

Transkript:

TMA4 Matematikk, 4. august 24 Side av 2 Oppgave Den rasjonale funksjonen p er definert som p(x) x2 3x +2 3x 2 5x +2. Finn de tre grenseverdiene lim xæ p(x), lim xæ p(x) og lim xæœ p(x). Løsning: x 2 3x +2 lim p(x) lim xæ xæ 3x 2 5x +2 2 2. Da lim xæ x 2 3x + 2 lim xæ 3x 2 5x +2, x 2 3x +2og 3x 2 5x +2er deriverbare på intervallet (, ), d dx (3x2 5x +2)6x 5 for x œ (, ) og lim xæ følger det av L Hopitals regel at lim p(x) lim xæ xæ d dx (x2 3x +2) d dx (3x2 5x +2) lim 2x 3 xæ 6x 5 x 2 3x +2 3x 2 5x +2 lim xæ d dx (x2 3x +2) d dx (3x2 5x +2). Alternativt kan man finne grenseverdien lim xæ p(x) ved å innse at x 2 3x +2 (x )(x 2) og 3x 2 3x +2(x )(3x 2), så lim p(x) lim xæ xæ x 2 3x +2 3x 2 5x +2 lim xæ (x )(x 2) (x )(3x 2) lim xæ x 2 3x 2. x 2 3x +2 lim p(x) lim xæœ xæœ 3x 2 5x +2 3/x +3/x 2 xæœ lim 3 5/x +2/x 2 3. Oppgave 2 La funksjonen f være gitt ved f(x) 2e x2 x. a) Vis at det finnes ett, og kun ett, tall c œ (, ) slik at f(c).

Side 2 av 2 TMA4 Matematikk, 4. august 24 Løsning: Ettersom f er kontinuerlig og f() 2 > og f() 2e 2 e e < fordi e>2, så sier skjæringssetningen at det må finnes et tall c œ (, ) slik at f(c). Nå er f Õ (x) 4xe x2 < for alle x œ [, ]. Dermed er f synkende på hele intervallet og kan krysse x-aksen kun én gang. Altså, det finnes ett, og kun ett, tall c œ (, ) slik at f(c). b) La R være området i første kvadrant begrenset av koordinataksene og kurven y f(x). Vis at volumet, V, av omdreiningslegemet som fremkommer ved åroterer om y-aksen er gitt ved V fi 3 (6 3c 2c3 ). Løsning: Et sylinderskall med y-aksen som sentrum, radius x, høyde f(x) og tykkelse dx har volum dv 2fixf(x) dx. Summen av alle disse skallene med radius fra x til x c er dermed V 2fi 2fi c c xf(x) dx Med substitusjonen u x 2 er du 2xdx og c 2xe x2 dx 2xe x 2 x 22 dx. c 2 - - - c 2 e u du e u e c2 c 2, der den siste likheten kommer av at 2e c2 c. Videre er s c x2 dx c 3 /3, så V 2fi A c 2 c3 3 B fi 3 6 3c 2c 3 2.

TMA4 Matematikk, 4. august 24 Side 3 av 2 c) Finn c med en nøyaktighet på tre desimaler vha. Newtons metode og bruk dette til å anslå en tilnærmet verdi av V. Løsning: Vi setter x n+ x n f(x n) f Õ (x n ) x n + 2e x2 n xn 4x n e x2 n +. Med startverdien x /2 får vi iterasjonen x.5 x.935 x 2.89598 x 3.8965 x 4.8965 og vi tolker de stabile verdiene som at c, til tre desimaler, er c,896, dvs. vi gjetter på at c tilhører intervallet [,8955,,8965). Da f(,8955),4339 > og f(,8965),79 < ser vi at det er tilfellet, så c er, med en nøyaktighet på tre desimaler, lik,896. Volumet av rotasjonslegemet er da V,96. Oppgave 3 En funksjon f har verdi og stigningstall /2 i x. Videre er f ÕÕ () /2 og generelt er den n te-deriverte av f i gitt ved f (n) () n!, for alle n,, 2, 3,... 2n Hvis f er analytisk på intervallet ( 2, 2), dvs. hvis f(x) er lik sin Maclaurin-rekke (Taylor-rekke om ) for alle x œ ( 2, 2), hvaerf()?

Side 4 av 2 TMA4 Matematikk, 4. august 24 Løsning: Ettersom f er lik sin Maclaurin-rekke, er for alle x œ ( 2, 2). Spesielt er f(x) n n f (n) () x n n! n! 2 n n! xn 4 n 3 x n 2 x/2 2 2 x f() 2 2 2. Oppgave 4 Løs initialverdiproblemet dy dx (y2 + y)x, y( 2) e2 e 2. Løsning: Ligningen dy dx separarer de variable får vi dy xdx, hvorav følger at y 2 +y x 2 2 + c. (y2 + y)x er en separabel di erensialligning. Hvis vi dy y 2 + y xdx For å utregne intergralet dy forsøker vi oss med delbrøkoppspalting: Da y 2 +y y2 + y y(y +)gjetter vi på at vi kan finne A og B slik at A + B.Da y y+ y 2 +y A y + B y + A(y +)+By y(y +) (A + B)y + A y 2 + y har vi at A + B hvis og bare hvis A + B og A. Vi har altså at y y+ y 2 +y og dermed at y 2 +y y y+ dy y 2 + y y y + dy ln(y) ln(y +)+c 2.

TMA4 Matematikk, 4. august 24 Side 5 av 2 Det følger at ln(y) ln(y +) x 2 /2+c for en konstant c. Day( 2) e2 e 2 følger det at c ln( e2 ) ln( e2 +) ln( e2 ) ln( ) ln(e 2 ) 2. e 2 e 2 e 2 e 2 Vi har altså at ln(y) ln(y +)x 2 /2+.Da ln(y) ln(y +)x 2 /2+ e ln(y) ln(y+) e x2 /2+ y y + /2+ ex2 følger det at y(x) ex2 /2+ e x2 /2+ y (y +)e x2 /2+ y( e x2 /2+ )e x2 /2+ y ex2 /2+ e x2 /2+ er løsningen til initialverdiproblemet dy dx (y2 + y)x, y( 2) e2 e 2. Oppgave 5 Funksjonen g er gitt ved Y ] sin(x/2) g(x) fi, x x [ 2, x. fi a) Vis at g er en kontinuerlig og jevn funksjon. (En funksjon f er jevn hvis f( x) f(x) for alle x i domenet til f). Løsning: g er åpenbart kontinuerlig for alle x bortsett muligens i x. Det må altså vises at lim g(x) g(). xæ Nå er sin (x/2) lim g(x) lim xæ xæ fi x lim xæ 2 fi 2 fi g() sin (x/2) x/2

Side 6 av 2 TMA4 Matematikk, 4. august 24. Alternativt kan grensen bereg- sin på grunn av den velkjente grensen lim æ nes ved l Hôpital. g er en jevn funksjon fordi sin er en odde funksjon og for alle x er Trivielt er også g( ) g(). g( x) sin ( x/2) fi x sin (x/2) fi x sin (x/2) fi x g(x). b) La A være området i planet begrenset av kurven y g(x) og linjene y, xog x. Vis at legemet som fremkommer ved å rotere A om x-aksen har volum ( ) n V (2n)!(2n ) og estimér volumet med en feil mindre enn. 2 Hint: sin 2 cos 2t t, og cos t ( ) n t2n 2 (2n)! for alle reelle tall t. Løsning: En skive i x med radius g(x) og tykkelse dx har volum n dv fig 2 (x) dx. Volumet av omdreiningslegemet er summen av alle skiver fra x til x : V fi 2fi 2fi 2 g 2 (x) dx g 2 (x) dx n A B 2 sin (x/2) fi dx x sin 2 (x/2) dx x 2 cos x x 2 dx

TMA4 Matematikk, 4. august 24 Side 7 av 2 der den andre likheten kommer av at g er jevn, noe som medfører at g 2 er jevn. Den trigonometriske identiteten i hintet ble brukt i den siste likheten. Nå er så og cos x ( ) n x2n n (2n)! cos x ( ) n x2n n (2n)! ( ) n x2n n (2n)! cos x x 2 n n x2n 2 ( ) (2n)!. Ettersom dette er en absolutt konvergerende rekke kan den integreres ledd for ledd, og dermed er V n n n n n x2n 2 ( ) ( ) n (2n)! ( ) n (2n)! (2n)! dx x 2n 2 dx x 2n - 2n ( ) n (2n)!(2n ). La a n ( )n og (2n)!(2n ) Nÿ sn a n. n Ettersom V er en konvergerende alternerende rekke, er V s N Æ a N+ (2(N + ))!(2(N +) ) (2N + 2)!(2N +).

Side 8 av 2 TMA4 Matematikk, 4. august 24 Vi finner nå den minste N slik at denne nevneren er større enn / 2: N (2N+2)!(2N + ) 72 2 36 3 28224 Dermed er V s 3 < og med en nøyaktighet på /2. V s 3 a + a 2 + a 3 2 72 + 36.486389

TMA4 Matematikk, 4. august 24 Side 9 av 2 Oppgave 6 Du bor 3 km fra havet, og fra huset ditt i origo (se figur ) går det en vei langs kurven 25y 2 4x 5,xœ [, 3], yø ned til stranden som ligger på linjen x 3. En dag bestemmer du deg for å sykle eller gå ned til stranden for å bade. Når du sykler må du sykle på veien, men du kan når som helst parkere sykkelen og gå det siste stykket i en rett linje vinkelrett mot strandkanten (det spiller ingen rolle hvor på stranden du bader). 6 4 2 y bike walk swim x 2 3 4 5 Figur : Illustrasjon til oppgave 6 a) På hvilket punkt (x, y) på veien vil du parkere sykkelen og begynne å gå dersom du ønsker å komme frem på kortest mulig tid når du vet at du sykler 3 ganger raskere enn du går? Husk å bevise at din løsning faktisk gir den korteste reisetiden. (Vi antar at både gang- og syklehastigheten er konstant.) Løsning Fordi y Ø, kan veien beskrives eksplisitt ved y(x) Û 4 25 x5 2 5 x5/2 og lengden langs veien fra origo til punktet (x, y) er da x Ò +(y Õ (t)) 2 dt x +t3 dt. La v være ganghastigheten. Tiden det tar å sykle langs veien fra (, ) til (x, y) med hastighet 3v, og deretter gå fra (x, y) til (3,y) med hastighet v, er dermed gitt ved T (x) 3v x +t3 dt + 3 x. v

Side av 2 TMA4 Matematikk, 4. august 24 Vi finner minimum til denne kontinuerlige funksjonen på det lukkede intervallet [, 3]. T har kritiske punkter der T Õ (x).da T Õ (x) 3v +x3 v +x 3 3 x 2, og ettersom T ikke har singulære punkter, har T sitt minimum enten i x,x2 eller x 3. Nå er x 2 T ÕÕ (x) 2v +x 3 > for alle x œ (, 3]. Altså er T Õ stigende på hele intervallet og ettersom T Õ er kontinuerlig og T Õ (2), såert Õ negativ på [, 2) og positiv på (2, 3]. Dermed er T minkende på [, 2) og stigende på (2, 3] hvilket beviser at x 2er et absolutt minimum for T. For å komme raskest frem til stranden skal man parkere sykkelen i punktet (x, y(x)) 3 2, 8 4 2. 5 Alternativt bevis for at x 2 er et absolutt minimum: For t > 2 er +t3 > 3 og dermed er 3 2 +t3 dt > (3 2) 33. Det følger da at vt(2) 2 +t3 dt + 3 < 2 +t3 dt + 3 3 vt(3). For Æ t<2 er +t 3 < 3 og 2 3 +t3 dt < (2 ) 36. 2 +t3 dt

TMA4 Matematikk, 4. august 24 Side av 2 Det følger da at vt(2) 3 2 < 3 6+ 3 vt(). +t3 dt + Altså er T (2) <T() og T (2) <T(3) og x 2er et absolutt minimum. b) La funksjonen f være gitt ved f(x) +x 3.For Æ x Æ 2 er f ÕÕ (x) Æ 3/2 (du behøver ikke å vise det). Bruk trapesmetoden for å finne tallet I 2 +x3 dx med en feil mindre eller lik /6. Kan du ut ifra denne tilnærmingen konkludere med at det tar mindre enn 2 minutter å dra ned til stranden på raksest mulig måte når ganghastigheten er v 6km/t? Løsning: Feilformelen for trapesmetoden gir I T n Æ 3 (b a) 3 2 2n 2 2 3 3 2 2n 2 n 2 som er mindre eller lik /6 hvis n 4.Lax i i/2 og y i f(x i ) for i,...,4. Da er med en nøyaktighet på /6. I T 4 b a 3 n 2 y + y + y 2 + y 3 + 44 2 y A 2 2 + 3 2 + 7 2+ + 3 B 4 4 2 + 7+ 35 2 8 3.283

Side 2 av 2 TMA4 Matematikk, 4. august 24 Tiden det tar, i timer, å dra ned til stranden på raskest mulig måte når ganghastigheten er 6 km/t, er T (2) 3 6 Vi vet at T 4 6 Æ I Æ T 4 + 6,så 2 I 8 + 6. +x3 dx + 6 T (2) Æ T 4 +/6 + 8 6.3525 2.5 minutter så vi kan ikke konkludere med at det er mulig å gjøre dette på mindre enn 2 minutter. Ekstra: Det kan vises at f ÕÕ (x) Ø på intervallet [, 2]. Trapesmetoden vil alltid gi et estimat som er større enn enn den virkelige verdien av integraler av konvekse funksjoner fordi alle rette linjer mellom to punkter på grafen vil ligge over grafen. Altså er T 4 6 Æ I Æ T 4 og T (2) Æ T 4 8 + 6.349 2.94 minutter og vi ser at reisetiden faktisk er mindre enn 2 minutter. Begge svar, bra begrunnet, godtas.