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

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

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

UNIVERSITETET I BERGEN

UNIVERSITETET I BERGEN

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

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

Løsningsforslag til eksamen i MAT111 - Grunnkurs i Matematikk I

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

UNIVERSITETET I OSLO. Løsningsforslag

Løsningsforslag: Eksamen i MAT111 - Grunnkurs i Matematikk I

UNIVERSITETET I OSLO

Deleksamen i MAT111 - Grunnkurs i Matematikk I

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

Alle svar skal grunngis. Alle deloppgaver har lik vekt.

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

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

Notasjon i rettingen:

OPPGAVE 1 LØSNINGSFORSLAG

MA1102 Grunnkurs i analyse II Vår 2014

UNIVERSITETET I BERGEN

Løsningsforslag. Prøve i Matematikk 1000 BYFE DAFE 1000 Dato: 29. mai 2017 Hjelpemiddel: Kalkulator og formelark. Oppgave 1 Gitt matrisene.

MAT Vår Oblig 2. Innleveringsfrist: Fredag 23.april kl. 1430

Eksamensoppgave i MA1101/MA6101 Grunnkurs i analyse I. LØSNINGSFORSLAG

UNIVERSITETET I OSLO

Løsningsforslag eksamen i TMA4100 Matematikk desember Side 1 av 7

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

Løsningsforslag. Alle svar skal grunngis. Alle deloppgaver teller like mye.

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

Alle svar skal grunngis. Alle deloppgaver har lik vekt.

UNIVERSITETET I OSLO

Eksamensoppgave i MA1101 Grunnkurs i analyse

Løsningsforslag. og B =

Løsningsforslag til eksamen i MAT111 Vår 2013

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,

UNIVERSITETET I OSLO

UNIVERSITETET I OSLO

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

LYØSINGSFORSLAG Eksamen i MAT111 - Grunnkurs i matematikk I onsdag 18. mai 2011 kl. 09:00-14: i( 3 + 1) = i + i + 1

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

Forkurs, Avdeling for Ingeniørutdanning

UNIVERSITETET I OSLO

UNIVERSITETET I OSLO

Flere anvendelser av derivasjon

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

UNIVERSITETET I OSLO

UNIVERSITETET I BERGEN Det matematisk-naturvitenskapelige fakultet. Obligatorisk innlevering 1 i emnet MAT111, høsten 2016

Den deriverte og derivasjonsregler

Løsningsforslag. og B =

Løsningsforslag til underveiseksamen i MAT 1100, 6/

UNIVERSITETET I OSLO

Løsningsforslag eksamen MAT111 Grunnkurs i Matematikk I høsten 2009

Løsningsforslag for eksamen i brukerkurs i matematikk A (MA0001)

EKSAMEN I MA0002 Brukerkurs B i matematikk

Løsningsforslag MAT102 Vår 2018

TMA4100 Matematikk 1, høst 2013

Potensrekker Forelesning i Matematikk 1 TMA4100

Løsningsforslag til eksamen i fag MA1101/MA6101 Grunnkurs i analyse I Høst 2008

Velkommen til eksamenskurs i matematikk 1

= x lim n n 2 + 2n + 4

TMA4100 Matematikk 1, høst 2013

Eksamen i TMA4123/TMA4125 Matematikk 4M/N

UNIVERSITETET I BERGEN Det matematisk-naturvitenskapelige fakultet. Obligatorisk innlevering 3 i emnet MAT111, høsten 2016

EKSAMEN. Om eksamen. EMNE: MA2610 FAGLÆRER: Svein Olav Nyberg, Morten Brekke. Klasser: (div) Dato: 3. des Eksamenstid:

UNIVERSITETET I OSLO

UNIVERSITETET I OSLO

UNIVERSITETET I OSLO

Løsningsforslag Eksamen M100 Høsten 1998

EKSAMEN. Ingeniør- og Fleksibel ingeniørutdanning.

Løsningsforslag til Eksamen i MAT111

UNIVERSITETET I OSLO

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

Løsningsforslag, eksamen MA1101/MA

Løsningsforslag midtveiseksamen Mat 1100

EKSAMEN. Om eksamen. EMNE: MA2610 FAGLÆRER: Svein Olav Nyberg, Morten Brekke. Klasser: (div) Dato: 18. feb Eksamenstid:

UNIVERSITETET I OSLO

Eksamen i TMA4122 Matematikk 4M

UNIVERSITETET I OSLO

UNIVERSITETET I OSLO

EKSAMEN. TILLATTE HJELPEMIDLER: Kalkulator. John Haugan: Formler og tabeller. Rottmanns formelsamling (tillatt som overgangsordning)

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

Eksamen i FO929A Matematikk Underveiseksamen Dato 30. mars 2007 Tidspunkt Antall oppgaver 4 Sirkelskive i radianer.

Løsningsforslag Eksamen M100 Våren 2002

BYFE DAFE Matematikk 1000 HIOA Obligatorisk innlevering 4 Innleveringsfrist Fredag 11. mars 2016 Antall oppgaver: Løsningsforslag

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

EKSAMENSOPPGAVE. Alle skrevne og trykte. Godkjent kalkulator.

Oppfriskningskurs i matematikk 2008

Finne løsninger på ligninger numerisk: Newton-Raphson metoden og Fikspunktiterasjon MAT111, høsten 2017

Eksamensoppgave i MA1102/6102 Grunnkurs i analyse II

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

Institutionen för Matematik, KTH

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

UNIVERSITETET I OSLO

MA1101 Grunnkurs Analyse I Høst 2017

Difflikninger med løsningsforslag.

TMA4100: Repetisjon før midtsemesterprøven

UNIVERSITETET I OSLO

Notasjon i rettingen:

Potensrekker Forelesning i Matematikk 1 TMA4100

Matematikk 1 Første deleksamen. Løsningsforslag

9 + 4 (kan bli endringer)

Transkript:

Universitetet i Bergen Det matematisk naturvitenskapelige fakultet Matematisk institutt Side 1 av 7 BOKMÅL EKSAMEN I EMNET Mat 111 - Grunnkurs i Matematikk I Mandag 14. desember 15 Tid: 9: 14: Tillatte hjelpemiddel: Lærebok (Adams & Essex: Calculus - a complete course) og kalkulator, i samsvar med fakultetets regler. Eksamen består av 5 oppgaver, med tilsammen 18 deloppgaver. Alle deloppgavene teller likt ved sensurering. Alle svar skal begrunnes, men begrunnelsene skal være korte. Det må være med nok mellomregning til at fremgangsmåten fremgår tydelig av besvarelsen. Oppgave 1 a) Regn ut (på formen a + ib) + 4i i. ( + 4i)( + i) ( i)( + i) = 4 + 1i 8 + = 1 + 3 i. b) Tegn i det komplekse plan alle z slik at z z = 1, og marker de komplekse røttene til z 3 = i. Om vi tegner rette streker fra røttene til origo, hvilket bilmerke får vi da? Mercedes. (Rett tegning uten bilnavn gir full score) c) Regn ut på formen z = a + ib alle de komplekse løsningene til likningen z 3 = 8i.

Mat 111 - Grunnkurs i Matematikk I Side av 7 La w = 8i. Da er w = 8 og arg(w) = 3π/. Følgelig må z = 8 1/3 = og arg z { π, π + π = π + π/6, π + 4π = π π}. Siden cos(π/6) = 3/ og sin(π/6) = 1/ får 3 3 6 vi de tre løsningene z = i, z = 3 i, z = 3 i. d) Vis at dersom et reelt polynom p(x) = ax 3 +bx +cx+d, (a, b, c, d R), har en kompleks rot z, så må også z være en rot. Hvorfor må alle reelle 3. grads polynom ha minst én reell rot? = az 3 + bz + cz + d = az 3 + bz + cz + d = az 3 + bz + cz + d = az 3 + bz + cz + d fordi a = a, b = b, c = c. Dermed er z også en rot. Et reelt 3. grads polynom kan altså ha eller komplekse røtter og dermed 3 eller 1 reell rot. Vi kan også bruke skjæringssetningen til å vise dette, for store x må fortegnet til p(x) og p( x) være motsatt, og i [ x, x] må det da finnes en reell rot. Oppgave x + 4x + 3 a) Bestem grenseverdien lim x 1 x + x + 1. L Hospital: x + 4x + 3 lim x 1 x + x + 1 [ ] = lim x + 4 x 1 x + ± { + fra høyre fra venstre. Eventuelt faktorisere og forkorte: (x+1)(x+3) = x+3 ±, x 1. (x+1)(x+1) x+1 Grensen er forskjellig fra høyre og venstre side, og dermed eksisterer grensen ikke. b) Bestem grenseverdien lim x + xx. x x = e x ln(x). Vi bruker l Hospital på eksponenten: ln(x) lim x ln(x) = lim x + x + 1/x [ ] = lim /x x + 1/x = lim x = x +

Mat 111 - Grunnkurs i Matematikk I Side 3 av 7 Fordi e x er kontinuerlig er lim x +ex ln(x) = e = 1. c) For hvilke verdier av a og b er funksjonen { ax f(x) = + bx +, x 1 ax, x < 1 deriverbar for alle x? Deriverbar impliserer kontinuerlig! Det gir: a + b + = a (kont) og a + b = a (samme derivert). Dermed b =, a =. Oppgave 3 a) Vis ved skjæringssetningen (intermediate value theorem) at likningen cos(x) = x sin(x), x [, π/] (1) har (minst) en løsning. Funksjonen f(x) = cos(x) x sin(x) er kontinuerlig, f() = 1, f(π/) = π/. Dermed må det finnes et punkt r i mellom, der f(r) =. b) Vis at likningen (1) har bare én løsning, herved kalt x = r. f (x) = x cos(x) sin(x). Vi har f (x) < for < x < π/, dermed er f(x) strengt avtakende, og skjærer nøyaktig i ett punkt r. c) Finn rektangelet med størst areal som kan plasseres mellom x-aksen og buen cos(x), π/ x π/, som i figuren. Uttrykk svaret ved (det ukjente) tallet r i b). A(x) = x cos(x). A (x) = (cos(x) x sin(x)) har ett nullpunkt r I =

Mat 111 - Grunnkurs i Matematikk I Side 4 av 7 [, π/]. Ekstremverdier kan finnes i endepunkt, kritiske punkt og singulære punkt. A(x) har ingen singulære punkt, kritisk punkt i r, A(x) er i endepunktene og positiv i de indre punktene på I. Dermed er r det unike maksimalpunktet. Eventuelt kan brukes at A (x) < på intervallet for å argumentere for maksimum. Maksimalt areal er A(r) = r cos(r) = r sin(r). d) Finn en tilnærmet løsning til (1) ved å gjøre Newton iterasjon med f(x) = cos(x) x sin(x), start i x =.8. Vi ønsker svaret med 4 korrekte siffer etter komma. x n+1 = x n f(x n )/f (x n ) = x n + gir:.8,.8616551485698,.863341355949,.8633358919474. Dermed r.863 cos(xn) xn sin(xn) x n cos(x n)+ sin(x n) e) Likningen (1) kan skrives på formen tan(x) = 1/x, som gir x = tan 1 (1/x). Vis at for g(x) = tan 1 (1/x) så gjelder g(u) g(v) < u v for alle u, v >. Hva sier dette om fikspunktiterasjonen x n+1 = tan 1 (1/x n )? cos(x) = x sin(x) 1 x = tan(x) x = tan 1 (1/x). Siden tan(x) ikke har en entydig invers, må vi i inversjonen av tan(x) benytte at roten vi søker ligger mellom og π/, som er verdimengden til tan 1 (x) for x >. Vi har g (x) = 1/x 1+1/x = 1 x +1. Dermed har vi g (x) < 1 for alle x >. Middelverdisatsen (sekantsetningen) gir g(u) g(v) = u v g (ξ) for en ξ (u, v). Dette betyr at g(x) er en kontraksjon, og vi forventer at fikspunkt iterasjon konvergerer dersom vi starter tilstrekkelig nær fikspunktet. Fikspunktiterasjon konvergerer for startverdier nær fikspunktet dersom g (r) < 1 og g (r) er kontinuerlig. Mer presist, om vi skal bruke fikspunkt teoremet, boka s., må vi finne et interval I slik at g(i) I og vi må ha g(u) g(v) < u v K for K < 1. Det er et problem at g (x) 1 når x, så vi må strengt tatt begrense oss vekk fra for å bruke det teoremet. Hvis vi velger I = [ɛ, π/] for et lite tall ɛ >, så har vi at g (x) K = 1/(1 + ɛ ) < 1 for alle x I og g(i) I (den siste betingelsen er oppfylt for alle < ɛ < tan 1 (/π) =.56). Dermed er begge betingelsene oppfylt, g(x) har et entydig fikspunkt r I og fikspunktiterasjon konvergerer mot dette for alle x I.

Mat 111 - Grunnkurs i Matematikk I Side 5 av 7 Oppgave 4 La f(x) = 4 x. a) Vis at I = f(x)dx = π + 1. Substitusjon x = sin(θ/) gir dx = cos(θ/) og 4 x = cos(θ/). Dermed: I = π cos(θ/) cos(θ/)dθ = π (1 + cos(θ))dθ = θ + sin(θ) π = π + 1 b) Regn ut S 4 f(x)dx med Simpsons regel der du bruker 4 delintervall. Ta med minst 5 siffer i mellomregningene. Dette er rett fram. Jeg gjør det i Matlab: x = linspace(,sqrt(),5); h = sqrt()/4; f = sqrt(4-x.^); I = sum(f.*[1 4 4 1])*h/3 I =.575934599371 (Korrekt svar:.5779636794897) c) Vis at f() =, f () =, f () = 1, f () =, f () = 3 8. Hint: vis først at f(x)f (x) = x og bruk deretter implisitt derivasjon. f (x) = x/ 4 x gir f(x)f (x) = x. I regningen under skriver vi f = f(x) etc. Jeg regner litt videre enn hva det er spurt etter, for å se systemet. f() = ff = x f () = / = f f + ff = 1 f () = 1/f() = 1 f f + f f + ff = 3f f + ff = f () = 3f f + 3f f + f f + ff = 3f f + 4f f + ff = f () = 3(f ()) 1f f + 5f f + ff (v) = f (v) () = 1f f + 15f f + 6f f (v) + ff (vi) = f (vi) () = 15f ()f () f() = 45 3 f() = 3 8

Mat 111 - Grunnkurs i Matematikk I Side 6 av 7 Fun fact : (Alt for vanskelig for å spørre om til eksamen): Om noen ønsker å forstå systemet her, koeffisientene er relatert til Pascals trekant, eller binomial koeffisienter (se wikipedia). Det kan videre vises at for n > 1 er f (n 1) () = og f (n) () = (n 3)!! (n 1)!! n 1, der!! betegner dobbeltfakultet: n!! = n (n ) (n 4) 1 (slutter på eller 1 om n er partall eller odde). F.eks. f (vi) () = 3!! 5!! 5 = (3 1) (5 3 1) 5 = 45 3. d) Finn 4. ordens Taylor polynom til f(x) i x =, kalt p 4 (x). Regn ut p 4 (x)dx I. p 4 (x) = 1 x! 3 x 4 8 4! = x 4 x4 64 Dermed p 4 (x)dx = x x3 1 x5 3 = ( 1 6 1 8 ) = 437 4.57547 Fun fact fortsettelse: Siden vi har en formel for alle deriverte kan vi summere Taylor rekken så langt vi vil. Dette gir en formel for π: π + 1 = ( 1 ) 6 (n 3)!!. (n)!! (n + 1) n 1 n= Jeg har ikke sett denne før. Om vi f.eks. tar med ledd i summen (Taylor serie opp til orden 4), får vi fra dette π 3.141596539, dvs. 1 korrekte siffer. Oppgave 5 Løs initialverdiproblemene a) 1 x dy dx = 1 + y, y() =. Separabel likning. dy 1 + y = dx 1 x tan 1 (y) = sin 1 (x) + C. Initialkrav gir C =. Dermed y = tan(sin 1 (x)). Dette må forenkles for å få full score. Ved å tegne en rettvinklet trekant med hypotenus lengde 1, kateter lengde x og 1 x finner vi at sin(θ) = x gir tan(θ) = x 1 x. y(x) = x 1 x

Mat 111 - Grunnkurs i Matematikk I Side 7 av 7 b) dy dt 3y = e3t, y() = 1. 1. ordens lineær likning med integrerende faktor e 3t : Initialkrav y() = C = 1 gir løsningen d dt (e 3t y) = e 3t e 3t = 1 y(t) = (t + C)e 3t. y(t) = (t + 1)e 3t Hans Munthe-Kaas Roman Kozlov