r(t) = 3 cos t i + 4 cos t j + 5 sin t k. Hastigheten er simpelthen den tidsderiverte av posisjonen: r(t) = 2t i + t j + 4t 2 k.

Like dokumenter
Vår TMA4105 Matematikk 2. Løsningsforslag Øving 2. Norges teknisk naturvitenskapelige universitet Institutt for matematiske fag

TMA4105 Matematikk2 Vår 2008

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

Oppgaver og fasit til seksjon

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.

v(t) = r (t) = (2, 2t) v(t) = t 2 T(t) = 1 v(t) v(t) = (1 + t 2 ), t 2 (1 + t 2 ) t = 2(1 + t 2 ) 3/2.

5 z ds = x 2 +4y 2 4

Løsningsforslag til eksamen i TMA4105 matematikk 2,

TMA4105 Matematikk 2 Vår 2014

Figur 1: Volumet vi er ute etter ligger innenfor de blå linjene. Planet som de røde linjene ligger i deler volumet opp i to pyramider.

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

= (2 6y) da. = πa 2 3

TMA4120 Matematikk 4K Høst 2015

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.

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

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

være en rasjonal funksjon med grad p < grad q. La oss skrive p(x) (x a)q(x) = A

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

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

Anbefalte oppgaver - Løsningsforslag

TMA4100 Matematikk 1 Høst 2014

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

Løsningsforslag for Eksamen i Matematikk 3MX - Privatister - AA eksamensoppgaver.org

2 n+2 er konvergent eller divergent. Observer først at; 2n+2 2 n+2 = n=1. n=1. 2 n > for alle n N. Denne summen er.

Løsningsforslag til prøveeksamen i MAT 1110, våren 2006

UNIVERSITETET I OSLO

F = x F 1 + y F 2 + z F 3 = y 2 z 2 + x 2. i j k F = xy 2 yz 2 zx 2 = i(0 ( 2yz)) j(2xz 0) + k(0 2xy) = 2yzi 2xzj 2xyk.

Matematikk 1 (TMA4100)

MA0002 Brukerkurs i matematikk B Vår 2016

Oppgaver og fasit til seksjon

dx = 1 1 )dx = 3 y= x . Tangentplanet til hyperboloiden i (2, 1, 3) er derfor gitt ved x 2, y 1, z 3 = 0 x 2 + 2(y 1) 2 (z 3) = 0 x + 2y 2z 3 = 2

Løsningsforslag, midtsemesterprøve MA1103, 2.mars 2010

Oppgavesettet har 10 punkter 1, 2ab, 3ab, 4ab, 5abc som teller likt ved bedømmelsen.

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

Ubestemt integrasjon.

Løsningsforslag, Øving 10 MA0001 Brukerkurs i Matematikk A

MA1102 Grunnkurs i analyse II Vår 2019

TMA4100 Matematikk 1 Høst 2014

Løsningsforslag AA6526 Matematikk 3MX - 8. desember eksamensoppgaver.org

(t) = [ 2 cos t, 2 sin t, 0] = 4. Da z = 2(1 + t) blir kurva C en helix/ei skruelinje på denne flata (se fig side 392).

Eksamen IRF30014, våren 16 i Matematikk 3 Løsningsforslag

TMA4105 Matematikk 2 vår 2013

EKSAMEN I FAG SIF5005 MATEMATIKK 2

UNIVERSITETET I OSLO

LØSNINGSFORSLAG TMA4105 Matematikk 2 8. August 2005

a 2 x 2 dy dx = e r r dr dθ =

Løsningsforslag, eksamen MA1103 Flerdimensjonal analyse, 8.juni 2010

TMA4100 Matematikk 1 Høst 2014

EKSAMEN. ANTALL SIDER UTLEVERT: 3 sider inklusiv forside.

EKSAMEN I FAG SIF5005 MATEMATIKK 2

Løsning, Stokes setning

Kortfattet løsningsforslag til ekstra prøveeksamen i MAT1100, høsten 2014

Derivasjon Forelesning i Matematikk 1 TMA4100. Hans Jakob Rivertz Institutt for matematiske fag 30. august 2011

MA1102 Grunnkurs i analyse II Vår 2014

UNIVERSITETET I OSLO

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

Ma Flerdimensjonal Analyse Øving 2

MA0002 Brukerkurs i matematikk B Vår 2014

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

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

TMA4100 Matematikk1 Høst 2008

RF3100 Matematikk og fysikk Leksjon 6

MA0002 Brukerkurs i matematikk B Vår 2016

Geometri. Kapittel Vektorproduktet

Integraler. John Rognes. 15. mars 2011

LØSNINGSFORSLAG EKSAMEN TMA4105 MATEMATIKK 2 Lørdag 14. aug 2004

1+2 x, dvs. løse ligningen mhp. x. y = x y(1 + 2 x ) = = 100 y y x ln 2 = ln 100 y y x = 1. 2 x = 1. f 1 (x) =

EKSAMEN. Valgfag, ingeniørutdanning (3. klasse). ANTALL SIDER UTLEVERT: 5 (innkl. forside og 2 sider formelark.)

Eksamen, høsten 14 i Matematikk 3 Løsningsforslag

Løsningsforslag. a) Løs den lineære likningen (eksakt!) 11,1x 1,3 = 2 7. LF: Vi gjør om desimaltallene til brøker: x =

Figur 1: Et punkt r(t) beveger seg langs en kurve

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

SIF5003 Matematikk 1, 5. desember 2001 Løsningsforslag

Øvelse, eksamensoppgaver MAT 1050 mars 2018

I = (x 2 2x)e kx dx. U dv = UV V du. = x 1 1. k ekx x 1 ) = x k ekx 2x dx. = x2 k ekx 2 k. k ekx 2 k I 2. k ekx 2 k 1

Kinematikk i to og tre dimensjoner

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

Løysingsforslag for TMA4120, Øving 9

HØGSKOLEN I BERGEN Avdeling for Ingeniørutdanning

Eksamensoppgave i MA1102/6102 Grunnkurs i analyse II

Kjeglesnitt. Harald Hanche-Olsen. Versjon

Kapittel 8: Vektorer og parametriserte kurver

MA1102 Grunnkurs i analyse II Vår 2019

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

Arne B. Sletsjøe. Oppgaver, MAT 1012

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

MAT mars mars mars 2010 MAT Våren 2010

Løsningsforslag Obligatorisk oppgave 1 i FO340E

MAT1110. Obligatorisk oppgave 1 av 2

Anbefalte oppgaver - Løsningsforslag

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.

Løsning IM

Studieretning: Allmenne, økonomiske og administrative fag

R2 kapittel 8 Eksamenstrening Løsninger til oppgavene i læreboka

Løsningsforslag, eksamen MA1103 Flerdimensjonal analyse, vår 2009

Kinematikk i to og tre dimensjoner

TMA Representasjoner. Funksjoner. Operasjoner

MA0002 Brukerkurs i matematikk B Vår 2014

Figur 1: Et punkt r(t) beveger seg langs en kurve

Litt mer om kjeglesnitt og Keplers lover om planetbanene

Transkript:

TMA415 Matematikk 2 Vår 215 Norges teknisk naturvitenskapelige universitet Institutt for matematiske fag Løsningsforslag Øving 3 Alle oppgavenummer refererer til 8. utgave av Adams & Essex Calculus: A Complete Course. 5 Exercise 11.1.9 Den aktuelle kurven er gitt ved r(t) 3 cos t i + 4 cos t j + 5 sin t k. Hastigheten er simpelthen den tidsderiverte av posisjonen: v(t) r (t) 3 sin t i 4 sin t j + 5 cos t k. Farten er lengden av hastighetsvektoren: v(t) v(t) ( 3 sin t) 2 + ( 4 sin t) 2 + (5 cos t) 2 25 ( sin 2 t + cos 2 t ) 5. Akselerasjonen er den tidsderiverte av hastigheten: a(t) v (t) 3 cos t i 4 cos t j 5 sin t k r(t) Kurven beskriver en sirkel, med radius 5 og senter (,, ), som ligger i planet som inneholder punktene (3, 4, ), ( 3, 4, ), og (,, 5). 6 Exercise 11.3.5 Vi setter først x 2 4y 2, slik at x ±2y. For at kurven skal gå gjennom punktet (2, 1, 4), så må vi velge x 2y. Vi setter så y t, som gir parametriseringen r(t) 2t i + t j + 4t 2 k. 7 Exercise 11.3.9 Vi ser at kurven beskriver skjæringen mellom en paraboloide og et plan, slik at den gir en ellipse i dette planet. Dette forteller oss at vi bør se etter en måte å parametrisere kurven ved hjelp av trigonometriske funksjoner. Vi begynner med å eliminere z og komplettere kvadratene: 2x 4y 1 z x 2 + y 2, 2. februar 215 Side 1 av 6

som kan skrives om til 1 (x 1) 2 1 + (y + 2) 2 4, eller, på standard ellipseform ( ) x 1 2 ( ) y + 2 2 1 +. 2 2 For å oppfylle denne likningen kan vi velge x(t) 1 + 2 cos t og y(t) 2 + 2 sin t. Til slutt finner vi z ved å sette dette inn i likningen for planet, og får z(t) 2x(t) 4y(t) 1 2 + 4 cos t + 8 8 sin t 1 9 + 4 cos t 8 sin t. Dette gir parametriseringen r(t) (1 + 2 cos t) i 2 (1 sin t) j + (9 + 4 cos t 8 sin t) k. 8 Exercise 11.3.17 Kurvelengden s til en parametrisert kurve er gitt ved s b så vi deriverer komponentfunksjonene a x(t) t cos t, y(t) t sin t, x (t) 2 + y (t) 2 + z (t) 2 dt, z(t) t, z (t) 1. x (t) cos t t sin t y (t) sin t + t cos t Dermed har vi 2π s (cos t t sin t) 2 + (sin t + t cos t) 2 + 1 dt 2π 2π 2π cos 2 t 2t sin t cos t + t 2 sin 2 t + sin 2 t + 2t cos t sin t + t 2 cos 2 t + 1 dt cos 2 t + sin 2 t + 1 + t 2 ( cos 2 t + sin 2 t ) dt 2 + t 2 dt [ ( )] 1 t 2π 2 t 2 + t 2 + arsinh 2 π 2 + 4π 2 + arsinh( 2π), hvor integralet enten slås opp 1 eller finnes ved delvis integrasjon fulgt av hyperbolsk trigonometrisk substitusjon. Denne kurven kalles en konisk helix siden den oppfører seg som en helix, bare på overflaten til en kjegle istedenfor en sylinder, se Figur 1. 1 I ettbindsutgaven finnes dette på innsiden av omslaget bakerst i boka. 2. februar 215 Side 2 av 6

z Figur 1: En konisk helix 9 Exercise 11.3.22 For å løse denne oppgaven er det nyttig å tegne en figur. En kan da overbevise seg om at et fast punkt på hvert tverrsnitt av kabelen, for eksempel senteret eller punktet som berører spolen, gir en kurve som kan beskrives av en sirkulær helix. Disse har parametrisering (etter vilkårlig valg av akser) r(t) c cos t i + c sin t j + d t k. Vi velger senterpunkt av tverrsnittet til kabelen. For å finne koeffisientene c og d, må vi bruke kabelens tverrsnittsradius a og spolens radius b. Vi kan se direkte at c a + b. For å finne d ser vi at etter én hel vinding har punktet beveget seg 2a i k-retning, vi har også r() (a + b) i og r(2π) (a + b) i + 2πd k, dermed er 2a 2πd, så d a/π. Dette gir parametriseringen r(t) (a + b) cos t i + (a + b) sin t j + a π t k. For å finne ut hvilken lengde av spolen som dekkes av kabelen 2, regner vi først ut buelengden som en funksjon av t t ( a ) 2 ( a ) 2t. s(t) (a + b) 2 + dt (a + b) π 2 + π Den totale buelengden er den samme som lengden L av kabelen, så ved å finne ved hvilken t denne oppnås, kan vi finne høydeforskjellen. Altså ( a ) 2t s(t) (a + b) 2 Lπ + L t π ((a + b)π) 2 + a. 2 2 Dette er en noe uklar formulering, vi tolker det som høydeforskjellen mellom tilsvarende tverrsnittspunkt på starten og enden av kabelen 2. februar 215 Side 3 av 6

Siden vi valgte starthøyden til å være, er høydeforskjellen nå z-koordinaten til kurven ved denne tiden: h a π t a π Lπ ((a + b)π) 2 + a 2 al ((a + b)π) 2 + a 2, som er det endelige svaret 3. 1 Exercise 11.4.3 Enhetstangentvektoren T(t) er normaliseringen av hastighetsvektoren i et gitt punkt. Vi må altså finne både hastighet og fart for den aktuelle kurven, her Vi regner først ut hastigheten r(t) cos t sin t i + sin 2 t j + cos t k. v(t) r (t) ( cos 2 t sin 2 t ) i + 2 cos t sin t j sin t k, og finner så farta (cos v(t) v(t) 2 t sin 2 t ) 2 + (2 cos t sin t) 2 + ( sin t) 2 cos 4 t 2 cos 2 t sin 2 t + sin 4 t + 4 cos 2 t sin 2 t + sin 2 t (cos 2 t + sin 2 t ) 2 + sin 2 t 1 + sin 2 t Dermed har vi ˆT(t) v(t) v(t) 1 (( cos 2 t sin 2 t ) i + 2 cos t sin t j sin t k ) 1 + sin 2 t 1 (cos 2t i + sin 2t j sin t k). 1 + sin 2 t 11 Exercise 11.4.5 Vi skal vise at dersom krumningen κ er overalt, så har vi en rett linje. Vi kan anta at kurven vår, si r(s), er parametrisert ved buelengden s, slik at enhetstangentvektoren T(t) i hvert punkt er den samme som hastighetsvektoren. I dette tilfellet er skalaren κ(t) lengden til akselerasjonsvektoren, altså κ(t) a(t). At κ(t) er i hvert punkt innebærer dermed at hver komponent, som vi kan kalle a i, av akselerasjonsvektoren også er i hvert punkt. Vi kan nå bruke at a i er den dobbeltderiverte av r i, den i te komponenten av posisjonsvektoren. Ved å integrere a i to ganger, får vi r i (s) c i + d i s. 3 Avhengig av hvilket tverrsnittspunkt man velger, vil man kunne få både a og b istedenfor (a + b) i svaret over. 2. februar 215 Side 4 av 6

Vi konkluderer at r(s) r 1 i + r 2 j + r 3 k (c 1 + d 1 s) i + (c 2 + d 2 s) j + (c 3 + d 3 s) k, som er den generelle likningen for en rett linje i tre dimensjoner (merk at akkurat samme framgangsmåte gjelder uansett antall dimensjoner). Vi har dermed vist at dersom krumningen er overalt, har vi med en rett linje å gjøre. 12 Exercise 11.5.4 En formel for krumningsradiusen κ er κ v a v 3, så vi finner hastighet og akselerasjon for vår kurve v(t) r (t) 3t 2 i + 2t j + k, slik at og v(t) 1 + 4t 2 + 9t 4, a(t) v (t) 6t i + 2 j. For å regne ut kryssproduktet kan man utvikle determinanten som vist i Figur 2, som gir summen v a 6t j + 6t 2 k 12t 2 k 2 i 2 i + 6t j 6t 2 k. + + + i j k i j 3t 2 2t 1 3t 2 2t 6t 2 6t 2 Figur 2: Utregning av kryssprodukt Dermed har vi v a 4 + 36t 2 + 36t 4 2 1 + 9t 2 + 9t 4. Til slutt finner vi altså at krumningen, som en funksjon av t, er κ(t) v a v 3 2 1 + 9t 2 + 9t 4, (1 + 4t 2 + 9t 4 ) 3 2 2. februar 215 Side 5 av 6

i punktet t 1 har vi da Krumningsradien blir dermed κ(1) 2 1 + 9t 2 + 9t 4 (1 + 4t 2 + 9t 4 ) 3 2 t1 ρ(1) 1 κ(1) 7 14. 19 19 7 14. 2. februar 215 Side 6 av 6