TMA4110 Matematikk 3 Haust 2011

Like dokumenter
TMA4110 Matematikk 3 Haust 2011

TMA4115 Matematikk 3 Vår 2012

TMA4110 Matematikk 3 Haust 2011

Løsningsforslag for eksamen i Matematikk 3 - TMA4115

TMA4110 Matematikk 3 Haust 2011

Obligatorisk oppgave nr 1 FYS Lars Kristian Henriksen UiO

TMA4110 Matematikk 3 Høst 2010

TMA4110 Matematikk 3 Haust 2011

Løsningsforslag til øving 1

TFY4160 Bølgefysikk/FY1002 Generell Fysikk II 1. Løsning Øving 2. m d2 x. k = mω0 2 = m. k = dt 2 + bdx + kx = 0 (7)

Forelesning, TMA4110 Torsdag 11/9

LØSNINGSFORSLAG EKSAMEN, MAT 1001, HØSTEN (x + 1) 2 dx = u 2 du = u 1 = (x + 1) 1 = 1 x + 1. ln x

UNIVERSITETET I BERGEN

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

Fasit, Kap : Derivasjon 2.

EKSAMENSOPPGAVER FOR TMA4110/TMA4115 MATEMATIKK 3

Høgskolen i Oslo og Akershus. ln x sin x 2 (ln x) (ln x) 2 = cos ( x2. (ln x) 2 = cos x 2 2x ln x x sin x 2 (ln x) 2 x + 2 = 1, P = (2, 2 4 y4 = 0

Prøve i R2. Innhold. Differensiallikninger. 29. november Oppgave Løsning a) b) c)...

Høgskolen i Oslo og Akershus. e 2x + x 2 ( e 2x) = 2xe 2x + x 2 e 2x (2x) = 2xe 2x + 2x 2 e 2x = 2xe 2x (1 + x) 1 sin x (sin x) + 2x = cos x

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,

MA1410: Analyse - Notat om differensiallikninger

Mandag F d = b v. 0 x (likevekt)

9 + 4 (kan bli endringer)

Eksamensoppgåve i TMA4135 Matematikk 4D

Øving 2. a) I forelesningene har vi sett at det mekaniske svingesystemet i figur A ovenfor, med F(t) = F 0 cosωt, oppfyller bevegelsesligningen

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

MAT UiO. 10. mai Våren 2010 MAT 1012

MAT UiO mai Våren 2010 MAT 1012

Eksamen i emnet M117 - Matematiske metodar Onsdag 7. september 2001, kl Løysingsforslag:

Høgskolen i Oslo og Akershus. 1 (x 2 + 1) 1/2 + x 1 2 (x2 + 1) 1/2 (x 2 + 1) = x 2x 2 x = = 3 ln x sin x

Ubestemt integrasjon.

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

Denne ligninga beskriver en udempet harmonisk oscillator. Torsjons-svingning. En stav er festet midt på en tråd som er festet i begge ender.

differensiallikninger-oppsummering

Eksamensoppgavehefte 2. MAT1012 Matematikk 2: Mer lineær algebra

EKSAMEN I TMA4110 MATEMATIKK 3 Bokmål Fredag 4. desember 2009 løsningsforslag

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.

Løysingsforslag Eksamen MAT111 Grunnkurs i Matematikk I Universitetet i Bergen, Hausten 2016

Løysingsframlegg TFY4305 Ikkjelineær dynamikk Haust 2012

EKSAMEN I MA0002 Brukerkurs B i matematikk

TMA 4110 Matematikk 3 Høsten 2004 Svingeligningen med kompleks regnemåte

1 Algebra og likningar

TMA4123/TMA4125 Matematikk 4M/4N Vår 2013

EKSAMENSOPPGAVE. Fagnr: FO 443A Dato: Antall oppgaver:

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

Løysingsforslag for oppgåvene veke 17.

TMA4135 Matematikk 4D Høst 2014

e x = 1 + x + x2 2 + R 2(x), = e 3! ( 1) n x n = n! n=0 y n+1 = y 0 + f(t, y n (t)) dt 1 dt = 1 + x (1 + t) dt = 1 + x x2

TMA4100 Matematikk 1 Høst 2014

Kompleks eksponentialform. Eulers inverse formler. Eulers formel. Polar til kartesisk. Kartesisk til polar. Det komplekse signalet

Høgskolen i Oslo og Akershus. = 2xe 2x + x 2 e 2x (2x) = 2xe 2x + 2x 2 e 2x = 2xe 2x (1 + x) e 2x + x 2 ( e 2x) 1 sin x (sin x) + 2x = cos x

=cos. =cos 6 + i sin 5π 6 = =cos 2 + i sin 3π 2 = i.

TMA4120 Matte 4k Høst 2012

TMA4100 Matematikk 1 Høst 2014

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

Kap. 14 Mekaniske svingninger

Kap. 14 Mekaniske svingninger

TFY4106 Fysikk. Institutt for fysikk, NTNU. Våren Løsningsforslag til øving 8.

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

Elektrisitetslære TELE1002-A 13H HiST-AFT-EDT

Løsning av utvalgte øvingsoppgaver til Sigma R2 kapittel 5

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 AA6526 Matematikk 3MX Privatister 3. mai eksamensoppgaver.org

TMA4100 Matematikk1 Høst 2009

Elektrisitetslære TELE1002-A 13H HiST-AFT-EDT

NTNU. TMA4100 Matematikk 1 høsten Løsningsforslag - Øving 12. Avsnitt Ved Taylors formel (med a = 0) har vi at. 24 For x < 0 har vi at

Mandag Mange senere emner i studiet bygger på kunnskap i bølgefysikk. Eksempler: Optikk, Kvantefysikk, Faststoff-fysikk etc. etc.

Kap. 14 Mekaniske svingninger. 14. Mekaniske svingninger. Vi skal se på: Udempet harmonisk svingning. kap

EKSAMENSOPPGAVER FOR TMA4120 MATEMATIKK 4K H-03 Del B: Kompleks analyse

TMA4265 Stokastiske prosessar

TMA4105 Matematikk 2 Vår 2014

Utsatt eksamen i Matematikk 1000 MAFE ELFE KJFE 1000 Dato: 2. mars 2017 Løsningsforslag.

Kap. 14 Mekaniske svingninger

MA0002 Brukerkurs i matematikk B Vår 2016

TFY4108 Fysikk: Løysing kontinuasjonseksamen 13. aug. 2014

f =< 2x + z/x, 2y, 4z + ln(x) >.

EKSAMEN I FAG SIF4002 FYSIKK. Mandag 5. mai 2003 Tid: Sensur uke 23.

UNIVERSITETET I OSLO

MA0002 Brukerkurs i matematikk B Vår 2014

LØSNINGSFORSLAG TIL EKSAMEN I FY1002 BØLGEFYSIKK Mandag 10. desember 2007 kl

Fourier-analyse. Hittil har vi begrenset oss til å se på bølger som kan beskrives ved sinus- eller cosinusfunksjoner

Fjæra i a) kobles sammen med massen m = 100 [kg] og et dempeledd med dempningskoeffisient b til en harmonisk oscillator.

Løsningsforslag MAT 120B, høsten 2001

FORELESNINGER I OPTIMAL KONTROLLTEORI (MAT 2310)

TFY4115: Løsningsforslag til oppgaver gitt

Eksamen i emnet M117 - Matematiske metodar Mandag 29. mai 2000, kl Løysingsforslag:

TMA4120 Matematikk 4K Høst 2015

MA0002 Brukerkurs i matematikk B Vår 2016

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

Løsningsforslag EKSAMEN TFY4102 FYSIKK Fredag 10. juni 2011

UNIVERSITETET I OSLO Det matematisk-naturvitenskapelige fakultet

Kap. 14 Mekaniske svingninger. 14. Mekaniske svingninger

TFY4108 Fysikk: Løysing ordinær eksamen 11. des. 2014

Oppgaver og fasit til seksjon

OPPGAVE 1 LØSNINGSFORSLAG

Obligatorisk innlevering 3 - MA 109, Fasit

= (2 6y) da. = πa 2 3

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

Løsningsforslag for FYS2140 Kvantemekanikk, Torsdag 16. august 2018

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

Transkript:

Noregs teknisk naturvitskaplege universitet Institutt for matematiske fag TMA4110 Matematikk 3 Haust 2011 Løysingsforslag Øving 2 Oppgåver frå læreboka, s. xliv-xlv 9 Me finn først fjørkonstanten k. Når systemet er i likevekt er fjøra strekt 50 cm, så me får likninga mg = k 0,5 k = 2 9,8 0,5 = 39,2 Lat y vera avstanden frå loddet til likevektspunktet (positiv retning nedover). Sidan me ikkje har nokon demping eller ytre kraft vert likninga for systemet my +ky = 0 2y +39,2y = 0. Me startar med å dra loddet 12 cm nedover og sleppa det (utan å gi det nokon ekstra fart), så initialvilkåra vert y(0) = 0,12 y (0) = 0 11 Den ytre krafta varierer harmonisk, dvs. som ei sinuskurve. Sidan den i t = 0 har fullt utslag oppover, og cosx har eit maksimum i x = 0, brukar me cosinus i staden for sinus. Vidare har me framleis positiv retning nedover, så då vert formelen for den ytre krafta F(t) = Acos 2π T t = 0,5cosπt. Likninga for systemet vert då my R(v)+ky = F(t) my +0,05y +ky = 0,5cosπt Initialvilkåra er dei same som i oppgåve 9. 17 Sjekk først at y 1 og y 2 er løysingar. Merk så at y 1(t) y 2 (t) = e t = e 3t. Viss y e 2t 1 og y 2 hadde vore lineært avhengige ville dette vore ein konstant, og det er det ikkje. Altså er dei lineært uavhengige. Me reknar så ut Wronski-determinanten: W(t) = y 1(t) y 2 (t) y 1 (t) y 2 (t) = e t e 2t e t 2e 2t = 3et 0 Her ser me igjen at y 1 og y 2 er lineært uavhengige. 12. september 2011 Side 1 av 7

25 Sjekk først at y 1 og y 2 er løysingar. Me har y 2(t) y 1 (t) = te 4t = t. Dette er ikkje ein e 4t konstant, så y 1 og y 2 er lineært uavhengige. Altså vert den generelle løysinga y(t) = C 1 e 4t +C 2 te 4t der C 1 og C 2 er konstantar. Vidare har me y(0) = 2 C 1 e 0 +C 2 0 e 0 = 2 C 1 = 2 og y (t) = 4C 1 e 4t +C 2 (e 4t 4te 4t ) = e 4t ( 4C 1 +C 2 4C 2 t 1 = y (0) = e 0 ( 4C 1 +C 2 0) = 8+C 2 C 2 = 7 Dermed vert løysinga y(t) = 2e 4t +7te 4t 26 a) altså er y 1 ei løysing. t 2 y 1(t)+ty 1(t) 4y 1 (t) = 2t 2 +2t 2 4t 2 = 0, b) Lat y 2 (t) = t 2 v(t). Dette gir y 2 (t) = t2 v (t)+2tv(t) og y 2 (t) = t2 v (t)+4tv (t)+ 2v(t) Me set dette inn i likning (1.32): t 2 (t 2 v (t)+4tv (t)+2v(t))+t(t 2 v (t)+2tv(t)) 4t 2 v(t) = 0 Me løyser denne separable likninga for v. t 4 v (t)+5t 3 v (t) = 0 tv (t)+5v (t) = 0. t dv dt +5v = 0 1 v dv = 5 t dt lnv = 5lnt v = t 5 Dermed får me v = t 5 dt = 1 4 t 4 og y 2 = 1 4 t 2. Altså kan den generelle løysinga skrivast som y = C 1 t 2 +C 2 ( 1 4 )t 2, men av kosmetiske årsaker innfører me ein ny konstant C 3 = 1 4 C 2, slik at løysinga vert y = C 1 t 2 +C 3 t 2. 12. september 2011 Side 2 av 7

29 Sjekk først at y 1 er ei løysing. Lat y 2 (t) = v(t)y 1 (t) = tv(t). Det gir y 2 (t) = v(t)+tv (t) og y 2 (t) = 2v (t)+tv (t). Dermed får me t 2 (2v (t)+tv (t)) 3t(v(t)+tv (t))+3tv(t) = 0 t 3 v (t) t 2 v (t) = 0 tv (t) v (t) = 0 1 1 v dv = t dt lnv = lnt v = t v = 1 2 t2. Dermed vert y 2 (t) = 1 2 t3 (hugs å sjekka at y 2 er ei løysing og at y 1 og y 2 er lineært uavhengige), og den generelle løysinga vert Oppgåver frå læreboka, s. lv 14 Den karakteristiske likninga er y(t) = C 1 t+c 2 t 3. λ 2 +2λ+3 = 0 og har røtene λ = 1 ± 2i. Det følgjer då av Proposisjon 3.11 at den generelle løysinga vert y(t) = e t (C 1 cos 2t+C 2 sin 2t). 27 Me finn først den generelle løysinga av likninga. Den karakteristiske likninga er λ 2 2λ+17 = 0 og har røtene λ = 1±4i. Det følgjer då av Proposisjon 3.11 at den generelle løysinga vert y(t) = e t (C 1 cos4t+c 2 sin4t). Vidare har me og 2 = y(0) = e 0 (C 1 cos0+c 2 sin0) = C 1 y (t) = e t (C 1 cos4t+c 2 sin4t 4C 1 sin4t+4c 2 cos4t) 3 = y (0) = C 1 +4C 2 = 4C 2 2 C 2 = 5 4 så løysinga vert y(t) = e t ( 2cos4t+ 5 4 sin4t). 12. september 2011 Side 3 av 7

29 Me finn først den generelle løysinga av likninga. Den karakteristiske likninga er λ 2 +10λ+25 = 0 og har ei gjentatt rot λ = 5. Det følgjer då av Proposisjon 3.18 at den generelle løysinga vert y(t) = C 1 e 5t +C 2 te 5t. Vidare har me og 2 = y(0) = C 1 y (t) = 5C 1 e 5t +C 2 e 5t 5C 2 te 5t 1 = y (0) = 5C 1 +C 2 C 2 = 9 så løysinga vert y(t) = 2e 5t +9te 5t. Oppgåver frå læreboka, s. lxii 13 Først skriv me likninga på forma x +ω 2 0 x = 0. 2 5 x +kx = 0 x + 5k 2 x = 0 ω 0 er vinkelfrekvensen til systemet, og sidan perioden er π 2 får me ω 0 = 2π π 2 = 4 På den andre sida har me ω 2 0 = 5k 2 k = 32 5 Sidan x(0) = 2, som er amplityden, må t = 0 vera eit maksimum for x. Dermed får me v 0 = x (0) = 0. 16 a) b) Likninga for systemet er mg = kx k = mg x = 1 9,8 4,9 = 2 mx +µx +kx = 0 x +3x +2x = 0. Dermed vert den karakteristiske likninga λ 2 +3λ+2 = 0, som har røter λ 1 = 1 og λ 2 = 2. Den generelle løysinga er då x(t) = C 1 e t +C 2 e 2t. 12. september 2011 Side 4 av 7

Lat x ha positiv retning oppover. Då har me at x(0) = 1 og x (0) = 1. 1 = x(0) = C 1 +C 2 x (t) = C 1 e t 2C 2 e 2t 1 = x (0) = C 1 2C 2 Frå desse likningane får me C 1 = 3 og C 2 = 2. Altså er posisjonen som funksjon av tid x(t) = 3e t +2e 2t. 24 Me finn først fjørkonstanten Likninga for systemet er mg = kx k = mg x = 10 9,8 = 98 1 mx +µx +kx = 0 10x +20x +98x = 0 x +2x +9,8x. Dermed vert den karakteristiske likningaλ 2 +2λ+9,8 = 0, som har røterλ = 1±ω 0 i, der ω 0 2,9665. Den generelle løysinga er då x(t) = e t (C 1 cosω 0 t+c 2 sinω 0 t). Lat x ha positiv retning oppover. Då har me at x(0) = 0 og x (0) = 1,2. 0 = x(0) = C 1 x (t) = e t ( C 1 cosω 0 t C 2 sinω 0 t ω 0 C 1 sinω 0 t+ω 0 C 2 cosω 0 t) 1,2 = y (0) = C 1 +ω 0 C 2 12. september 2011 Side 5 av 7

C 2 0,4045 Løysinga er då x = C 2 e t sinω 0 t = C 2 e t cos(ω 0 t π 2 ) = C 2e t cos(ω 0 t+ π 2 ) Så amplityden er C 2 0,4045, vinkelfrekvensen er ω 0 2,9665 og faseforskyvinga er π 2. Eksamensoppgåver 2 a) Hvis vi setter y = xe x inn i likningen y +ay +b = 0, så får vi (2e x +xe x )+a(e x + xe x )+bxe x = 0, eller (2+a)e x +(1+a+b)xe x = 0. De blir a = 2,b = 1. b) Bevegelsen er overdempet når den karakteristiske likningen har to reelle røtter, dette gir 4 2 > 4m m < 4. 4 a) Wronskideterminanten er W(y 1,y 2 ) = y 1 y 2 y 1 y 2 = e λt cos(ωt)(λe λt sin(ωt)+ωe λt cos(ωt)) e λt sin(ωt)(λe λt cos(ωt) ωe λt sin(ωt)) Løsningene til karakteristisk likning = ωe 2λt cos 2 (ωt)+ωe 2λt sin 2 (ωt) = ωe 2λt r 2 +cr+k = 0 er r = λ±iω = c± c 2 4k 2, (siden vi har underdempet svingning er c 2 4k < 0). Dvs λ±iω = c± 4k c 2 = c 2 2 ±i k c2 4 12. september 2011 Side 6 av 7

Dvs λ = c 2 og ω2 = k c2 4. Wronskideterminanten blir W = k c2 4 e ct b) Maksimums-amplituden er gitt ved A 0 e λt. En svingning varer 2 sekund. Dvs 15 svingninger tar 30 sekunder. Det gira 0 e c 2 (t0+30) = 1 4 A 0e c 2 t 0. Vi løser og fåre 15c = 1 4 15c = ln 1 4 c = (ln1 4 )/( 15) 0,0924. 12. september 2011 Side 7 av 7