OBLIG 1, våren 2021 løsningsforslag

Like dokumenter
Løsningsforslag til Eksamen i fag MA1103 Flerdimensjonal analyse

1 Mandag 8. mars 2010

1 Mandag 1. mars 2010

MAT 1110: Løsningsforslag til obligatorisk oppgave 2, V-06

Kinematikk i to og tre dimensjoner

EKSAMEN. 1. klassene, ingenørutdanning og Flexing. HansPetterHornæsogLarsNilsBakken. ANTALL SIDER UTLEVERT: 7 (innkl. forside og 4 sider formelark)

R2 - Heldagsprøve våren 2013

TFY4104 Fysikk. Institutt for fysikk, NTNU. Høsten Løsningsforslag til øving 8. a = e m E

Løsningsforslag TFE4120 Elektromagnetisme 24. mai = 2πrlɛE(r) = Q innenfor S =

1 Geometri KATEGORI Vinkelsummen i mangekanter. 1.2 Vinkler i formlike figurer

x 1, x 2,..., x n. En lineær funksjon i n variable er en funksjon f(x 1, x 2,..., x n ) = a 1 x 1 + a 2 x a n x n,

75045 Dynamiske systemer 3. juni 1997 Løsningsforslag

Vår 2004 Ordinær eksamen

Kalkulus 2. Volum av et omdreiningslegeme. Rotasjon rundt x-aksen

Øving 9. Dersom ikke annet er oppgitt, antas det at systemet er i elektrostatisk likevekt.

dx = 1 2y dy = dx/ x 3 y3/2 = 2x 1/2 + C 1

Integralregning. Mål. for opplæringen er at eleven skal kunne

TFY4104 Fysikk. Institutt for fysikk, NTNU. Lsningsforslag til ving 8. a =

2x 3 4/x dx. 2 5 x 3 + LF: Vi utfører polynomdivisjon. 2x + 1 dx = + C = 5x8/ ln 2x C 4. πx 2 e 3x3 dx = π

E K S A M E N. Matematikk 3MX. Elevar/Elever Privatistar/Privatister. AA6524/AA desember 2004 UTDANNINGSDIREKTORATET

Øving 4: Coulombs lov. Elektrisk felt. Magnetfelt.

Løsningsforslag til prøveeksamen Mat1110 våren 2004 Oppgave 1 (a) Elemetære rekkeoperasjoner anvendt på den utvidete matrisen til systemet gir oss:

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

1 k 2 + 1, k= 5. i=1. i = k + 6 eller k = i 6. m+6. (i 6) i=1

Matematikk Øvingsoppgaver i numerikk leksjon 8 Numerisk integrasjon

Høgskolen i Bergen. Formelsamling. for. ingeniørutdanningen. FOA150 høsten 2006 fellespensum. 3.utgave

Del 2. Alle oppgaver føres inn på eget ark. Vis tydelig hvordan du har kommet frem til svaret. Oppgave 2

Løsningsforslag SIE4010 Elektromagnetisme 5. mai 2003

1 Mandag 18. januar 2010

EKSAMEN. ANTALL SIDER UTLEVERT: 7 (innkl. forside og 2 sider formelark)

R1 kapittel 6 Vektorer. Løsninger til oppgavene i boka Løsninger til oppgavene i boka

Oppgaver og fasit til seksjon

Tom Lindstrøm. Tilleggskapitler til. Kalkulus. 3. utgave. Universitetsforlaget,

Tillegg om integralsatser

Tillegg om kurveintegraler, fluks, sirkulasjon, divergens, virvling

Arne B. Sletsjøe. Kompendium, MAT 1012

Eksamen R2, Va ren 2014, løsning

Mer øving til kapittel 3

Norsk Fysikklærerforening NORSK FYSISK SELSKAPS FAGGRUPPE FOR UNDERVISNING

NORGES LANDBRUKSHØGSKOLE Institutt for matematiske realfag og teknologi EKSAMEN I FYS135 - ELEKTROMAGNETISME

Brøkregning og likninger med teskje

Eksamen høsten 2016 Løsninger

M2, vår 2008 Funksjonslære Integrasjon

2 Tallregning og algebra

6. Beregning av treghetsmoment.

Løsningsforslag Kollokvium 6

Sammendrag kapittel 1 - Aritmetikk og algebra

Formelsamling i matematikk

Løsningsforslag Kollokvium 1

Løsning til utvalgte oppgaver fra kapittel 15, (13).

FY2045/TFY4250 Kvantemekanikk I, løsning øving 10 1 LØSNING ØVING 10

dy ycos 2 y = dx. Ved å integrere på begge sider av likhetstegnet får man ved å substituere u = y,du = dy dy ycos 2 y = 2du cos 2 u = x.

FYS 105 Fysikk Ordinær eksamen vår 2007

Læringsmål for 9. trinn: Oppgave: Prosent. 1a, 2a, 7, 15a b, 17b, 18. Regne med prosent og promille, med og uten digitale hjelpemidler.

DEL 1 Uten hjelpemidler

Multippel integrasjon. Geir Ellingsrud

Løsningsforslag, Midtsemesterprøve torsdag 6. mars 2008 kl Oppgavene med kort løsningsskisse

2 π[r(x)] 2 dx = u 2 du = π 1 ] 2 = π u 1. V = π. V = π [R(x)] 2 [r(x)] 2 dx = π (x + 3) 2 (x 2 + 1) 2 dx = 117π 5.

S1 kapittel 4 Logaritmer Løsninger til oppgavene i boka

Integrasjon del 2. October 15, Department of Mathematical Sciences, NTNU, Norway. Integrasjon

R2 kapittel 4 Tredimensjonale vektorer

2 Symboler i matematikken

Matematikk Øvingsoppgaver i numerikk leksjon 9 Numerisk integrasjon

Litt av matematikken bak solur

Anvendt matematikk formelsamling versjon 21

a 2πf(x) 1 + (f (x)) 2 dx.

UNIVERSITETET I OSLO

Fasit. Grunnbok. Kapittel 4. Bokmål

TMA4105 Matematikk2 Vår 2008

2 Differensiering. 2.1 Geometrien til reelle funksjoner. 2.3 Derivasjon. 2.2 Grenser og kontinuitet

S1 kapittel 6 Derivasjon Løsninger til oppgavene i boka

MAT 100A: Mappeeksamen 4

Integrasjon Skoleprosjekt MAT4010

Flott Formel. Jostein Trondal

EKSAMEN. 1. klassene, ingenørutdanning og Flexing. ANTALL SIDER UTLEVERT: 5 (innkl. forside og 2 sider formelark)

Kap. 3 Krumningsflatemetoden

Formelsamling i matematikk

Oppgave 5 Et rektangel har en omkrets på 24 cm 2. Hva blir arealet? Dersom lengdene på sidene skal ha heltallige svar, hvor mange løsninger får du?

S1 kapittel 8 Eksamenstrening Løsninger til oppgavene i læreboka

... JULEPRØVE 9. trinn...

Midtsemesterprøve torsdag 6. mars 2008 kl

HØGSKOLEN I SØR-TRØNDELAG Avdeling for teknologi

Oppfriskningskurs i matematikk 2007

Eksamen, høsten 13 i Matematikk 3 Løsningsforslag

I = (xy + z 2 ) dv. = z 2 dv. 1 1 x 1 x y z 2 dz dy dx,

Integrasjon av trigonometriske funksjoner

HØGSKOLEN I SØR-TRØNDELAG Avdeling for teknologi

Midtsemesterprøve fredag 13. mars 2009 kl (Versjon B)

HØGSKOLEN I SØR-TRØNDELAG Avdeling for teknologi

R2 eksamen våren ( )

3.7 Pythagoras på mange måter

1b) Beregn den elektriske ladningstettheten inni kjernen og finn hvor stor den totale ladningen er.

Anbefalte oppgaver - Løsningsforslag

Randkurva C til flata S orienteres positivt sett ovenfra, og kan parametriseres ved: r (t) = [ sin t, cos t, sin t] dt, 0 t 2π.

Fasit. Grunnbok. Kapittel 2. Bokmål

MAT mars mars mars 2010 MAT Våren 2010

1 Tallregning og algebra

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.

Løsningsforslag, Midtsemesterprøve fredag 13. mars 2009 kl Oppgavene med kort løsningsforslag (Versjon A)

Transkript:

OBLIG 1, våren 2021 løsningsforslg Alle delspørsmålene teller like mye for å få godkjent trengs c. 70 % v mks-skår. Oppgve 1. I denne oppgven kn du få bruk for de hyperbolske funksjonene sinhx) = 1 2 ex e x ), coshx) = 1 2 ex + e x ) deres omvendte funksjoner rcsinhx) rccoshx). Funksjonene oppfyller relsjonen cosh 2 x) sinh 2 x) = 1 vi hr d dx rcsinhx) = 1, 1 + x 2 d dx rccoshx) = 1 x 2 1 ) En kurve C er gitt ved prmetriseringen rt) = rcsinh t ) ), t 2 + 2, b t b hvor b > 0. Finn hstighetsvektoren r t) til kurven, vis t vi hr r t) = 1 for lle t. ) r t) = t 2 +, t 2 t 2 +, 2 r t t) = t 2 + 2 )2 + t 2 + 2 )2 = 1 b) Vis t buelengden til kurven er 2b. Det betyr t kurven er prmetrisert ved sin buelengde. b b B = ds = r t) dt = 1dt = 2b C b b En kjedelinje er den kurven som fremkommer når en kjede henges opp mellom to fste holdepunkt. Den klles så en ktenær kurve etter cten - kjede på ltin. På hver del v kjeden virker kun tyngdekrften strekkrften lngs kjeden. 1

Figuren til høyre illustrerer en kjedelinje, pilene svrer til kreftene som virker på den delen v kurven som ligger mellom punktene c r. L s være lengden v denne delen v kurven. Tyngdekrften λgs, hvor g er tyngdens kselersjon λ er kurvens spesifikke msse pr. lengdeenhet) er vertiklt rettet, mens snordrgene er tngensielle til kurven, S 0 i bunnpunktet er horisontlt rettet mot venstre, lngs tngenten T 0, mens S i punktet r virker motstt vei, prllelt med tngenten T med vinkel θ med horisontlen hvor tnθ) = dx. c) Siden kjeden er i ro vil summen v kreftene som virker være 0. Hvis vi setter = S 0 λg hvor S 0 = S 0, får vi for kreftene i horisontl retning S 0 = S cosθ) i vertikl retning S 0s = S sinθ), med S = S. Bruk dette til å finne et uttrykk for dx = tnθ) smmenlikn svret med stigningstllet for kurven rt) i ) ved å utnytte t dx = dt dx dt Siden kurven er prmetrisert ved sin buelengde regner vi ut stigningstllene i punktet c, hvod vi hr t = s: S sinθ) = tnθ) = dx S cosθ) = dx = dt dx dt = S 0 s S 0 t t 2 + 2 t 2 + 2 = t = s = s Mo. kjede-kurven den prmetriserte kurven stemmer overens. 2

d) Bruk MATLAB eller et nnet prrm til å lge en illustrsjon v kjedelinjen for pssende verdier v b, f.eks. = 1 b = 3. Ved å bruke kommndoene >> t=-3:0.01:3; >> plotsinht),sqrtt.ˆ2+1)) får vi ut figuren Omdreiningsflten S vi får ved å dreie kjedelinjen om x-ksen klles en ktenoide. Den kn prmetriseres ved ρt,θ) = rcsinh t ), t 2 + 2 cosθ), ) t 2 + 2 sinθ) hvor b t b 0 θ < 2π. Vi skl bruke notsjonen ρ t = ρ t, ρ tθ = 2 ρ t θ, etc. Fltenormlen til en prmetrisert flte i et gitt punkt står normlt på lle tngentretningene til flten i punktet. Vi kn derfor finne fltenormlen ved å regne ut kryss-produktet ρ t ρ θ. Hvis vi vil h en enhetsnorml må vi i tillegg dele på lengden slik t vi får en enhetsvektor. 3

e) Finn en enhets-fltenorml n til ktenoiden S. ρ t = t 2 +, t cosθ) 2 t 2 +, t sinθ) ) 2 t 2 + 2 ρ θ = 0, t 2 + 2 sinθ), ) t 2 + 2 cosθ) kryssproduktet er gitt ved i j k t cos θ) t sin θ) ρ t ρ θ = t 2 + t 2 2 + 2 t 2 + 2 0 t 2 + 2 sinθ) t 2 + 2 cosθ) = t cos 2 θ) + t sin 2 θ), cosθ), sinθ) ) = t, cosθ), sinθ)) Denne hr lengde ρ t ρ θ = t 2 + cosθ)) 2 + sinθ)) 2 = t 2 + 2 så en enhets-fltenorml er gitt ved ) t cosθ) sinθ) n =,, t 2 + 2 t 2 + 2 t 2 + 2 Definer nå følgende størrelser: E = ρ t 2, F = ρ t ρ θ, G = ρ θ 2 L = ρ tt n, M = ρ tθ n, N = ρ θθ n, Middelkrumningen til flten S er gitt ved H = 1 EN 2F M + GL 2 EG F 2 En flte klles en minimlflte dersom middelkrumningen H = 0 overlt. f) Vis t flten S er en minimlflte. 4

Vi regner ut t ρ tt = t 2 + 2 ) 3 2 ), 2 cosθ), 2 sinθ) t 2 + 2 ) 2 3 t 2 + 2 ) 2 3 ρ tθ = 0, t sinθ) t 2 +, t cosθ) ) 2 t 2 +, 2 ρ θθ = 0, t 2 + 2 cosθ), ) t 2 + 2 sinθ) Dette gir dermed E = ρ t 2 = 1, F = ρ t ρ θ = 0, G = ρ θ 2 = t 2 + 2 L = ρ tt n = t2 3 t 2 + 2 ) 2 = t 2 + 2, M = ρ tθ n = 0, N = ρ θθ n = H = 1 EN 2F M + GL 2 EG F 2 = 1 1 2 0 0 t 2 + 2 ) t 2 + 2 2 1 t = 0 2 + 2 0 2 Sluttkommentr: L Σ 1 være en sirkel i et prllellpln til y,z)-plnet med sentrum i b rcsinh b ),0,0) med rdius 2 + b 2, l Σ 2 være en prllell sirkel med sentrum i b rcsinh b ),0,0) smme rdius. At S er en minimlflte betyr t v lle smmenhengende gltte flter som omslutter de to sirklene Σ 1 Σ 2, så vil S være flten med minst rel. Hvis mn kunne ppe de to prllelle sirklene ned i såpe vnn, ville såpefilmen mellom dem være en minimlflte dermed en ktenoide. T gjerne en titt på opptket fr Abelforelesningene ved UiO i 2019, <https://www.youtube.com/wtch?v=iip8vnrhk_8>. Etter rundt 16 minutter lger Mtt Prker en ktenoide v såpefilm. Oppgve 2. Et vektorfelt F er gitt ved Fx,y) = x + by,cx + ) hvor, b, c d er reelle konstnter. Vi kn konstruere et nnet vektorfelt som står normlt på F, vi kller det normlfeltet til F, gitt ved F x,y) = cx,x + by). ) Vis t feltene F F står normlt på hverndre. F F = x + by,cx + ) cx,x + by) = 0 5

b) Bestem konstnten d uttrykt ved, b c slik t feltet F er konservtivt, vis t φx,y) = c 2 x2 + xy + b 2 y2 er en potensilfunksjon φ for F. I resten v oppgven forholder vi oss til denne verdien v d som gjør feltet F konservtivt. En nødvendig betingelse for t feltet er konservtivt er t Vi hr φx,y) = y cx ) x + by) = d = 0 y x c 2 x2 + xy + b 2 y2 ), y c 2 x2 + xy + b ) 2 y2 ) = cx + y,x + by) = cx,x + by) = F Nivåkurvene til φ er gitt ved cx 2 2xy by 2 = K L rt) = xt), yt)) være en prmetrisering v en nivåkurve. c) Bruk kjerneregelen til å vise t grdienten φ til potensilfunksjonen φ står normlt på nivåkurvene. For nivåkurvene hr vi φrt)) = konstnt Det betyr t d dt φrt)) = φrt)) r t)) = 0 grdienten står dermed normlt på tngenten til kurven som er det smme som t den står normlt på kurven). d) Forklr hvorfor c) gir t nivåkurvene til potensilfunksjonen φ er strømningslinjer for vektorfeltet F. Strømningslinjene til F er prllelle med feltet F står derfor normlt på F = φ. Men φ står så normlt på nivåkurvene, ergo er strømningslinjene nivåkurvene prllelle, dvs. smmenfllende. 6

Nivåkurvene til φ kn uttrykkes ved hjelp v den kvdrtiske formen ) cx 2 2xy by 2 c x ) = x y) b) y Etter spektrlteoremet kn enhver symmetrisk mtrise digonliseres den hr reelle egenverdier. Det betyr t etter et bsisskifte vil den kvdrtiske formen se ut som ) ) λ1 0 u u v) = λ 0 λ 2 v 1 u 2 + λ 2 v 2 ) Hv slgs kjeglesnitt nivåkurvene utgjør, er bestemt v determinnten til den kvdrtiske mtrisen: Hvis < 0, så er kurvene hyperbler, hvis > 0, så er kurvene ellipser. e) Avgjør hv slgs nivåkurver vi hr som funksjon v verdiene på konstntene, b c. Determinnten er gitt ved = c b = bc 2 = 2 + bc) Det gir hyperbler for 2 + bc > 0 ellipser for 2 + bc < 0. f) Velg to sett v verdier for, b c, ett med > 0 ett med < 0. Bruk MATLAB til å illustrere vektorfeltet F i disse to tilfellene. Tegn så inn noen nivåkurver i hvert v tilfellene. Bruk MATLAB-kommndoen contour). 7

Vi setter først = b = c = 1. Det gir oss Fx,y) = x + y,x y) = 1 2 + 1 1) = 2. Ved å bruke kommndoene >>x=-5:0.5:5; y=-5:0.5:5; >> [x,y]=meshgridx,y); >>u=x+y; v=x-y; >>quiverx,y,u,v); >>hold on >>z=x.ˆ2-2*x.*y-y.ˆ2; >>contourx,y,z) får vi ut figuren Så setter vi = c = 1 b = 2. Det gir oss Fx,y) = x 2y,x y) = 1 2 + 2) 1) = 1. Kommndoene blir d >>x=-5:0.5:5; y=-5:0.5:5; >> [x,y]=meshgridx,y); >>u=x-2*y; v=x-y; >>quiverx,y,u,v); >>hold on >>z=x.ˆ2-2*x.*y+2*y.ˆ2; >>contourx,y,z) som gir oss figuren 8