EKSAMEN I MATEMATIKK 3 (TMA4110)

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

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

LØSNINGSSKISSE TIL EKSAMEN I FAG SIF august 2001

Løsningsforslag for eksamen i Matematikk 3 - TMA4115

EKSAMEN I TMA4110 MATEMATIKK 3 Bokmål Mandag 6. juni 2011 løsningsforslag

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

TMA4110 Matematikk 3 Eksamen høsten 2018 Løsning Side 1 av 9. Løsningsforslag. Vi setter opp totalmatrisen og gausseliminerer:

EKSAMENSOPPGAVER FOR TMA4110/TMA4115 MATEMATIKK 3

MAT Prøveeksamen 29. mai - Løsningsforslag

Løsningsforslag til eksamen i MA0002, Brukerkurs i matematikk B

(3/2)R 2+R 3 R 1 +R 2,( 2)R 1 +R 3 ( 2)R 1 +R 4 6/5R 3 +R 4 1/5R 3

SIF5010 Matematikk 3. y 00, 2y 0 +5y = sin x 4A, 2B =0 4B +2A =1;

TMA4110 Eksamen høsten 2018 EKSEMPEL 1 Løsning Side 1 av 8. Løsningsforslag. Vi setter opp totalmatrisen og gausseliminerer: x 1 7x 4 = 0

UNIVERSITET I BERGEN

EKSAMEN I MA1202 LINEÆR ALGEBRA MED ANVENDELSER

Til enhver m n matrise A kan vi knytte et tall, rangen til A, som gir viktig informasjon.

MA1201 Lineær algebra og geometri Løsningsforslag for eksamen gitt 3. desember 2007

EKSAMEN. 1 Om eksamen. EMNE: MA2610 FAGLÆRER: Svein Olav Nyberg, Trond Stølen Gustavsen. Klasser: (div) Dato: 24. mai 2004 Eksamenstid:

Norges teknisk naturvitenskapelige universitet Institutt for matematiske fag Side 1 av 7 L SNINGSFORSLAG TIL EKSAMEN I SIF5009 MATEMATIKK 3 Bokmål Man

MAT3000/ Våren 2013 Obligatorisk oppgavesett nr. 2 Løsningsskisse

MA1201/MA6201 Høsten 2016

UNIVERSITETET I OSLO

TMA4110 Matematikk 3 Høst 2010

Diagonalisering. Kapittel 10

Løsningsforslag til eksamen i MA1202/MA6202 Lineær algebra med anvendelser høsten 2009.

MA0002 Brukerkurs i matematikk B Vår 2014

LØSNINGSFORSLAG EKSAMEN MA1202/MA6202 VÅR 2010

MA0002 Brukerkurs i matematikk B Vår 2013

13 Oppsummering til Ch. 5.1, 5.2 og 8.5

A 2 = PDP 1 PDP 1 = PD 2 P 1. og ved induksjon får vi. A k = PD k P 1. Kommentarer:

Oppgave 1 (25 %) - Flervalgsoppgaver

Egenverdier og egenvektorer

Alle svar skal grunngis. Alle deloppgaver har lik vekt.

16 Ortogonal diagonalisering

TMA 4110 Matematikk 3 Høsten 2004 Svingeligningen med kompleks regnemåte

Løsningsforslag til utvalgte oppgaver i kapittel 3

Basis, koordinatsystem og dimensjon

= 3 11 = = 6 4 = 1.

UNIVERSITETET I OSLO

MA1201/MA6201 Høsten 2016

Løsningsforslag, eksamen i MA0002, Brukerkurs i matematikk B

Forelesning 14 Systemer av dierensiallikninger

Lineære ligningssystemer. Forelesning, TMA4110 Torsdag 17/9. Lineære ligningssystemer (forts.) Eksempler

MA1202/MA S løsningsskisse

12 Diagonalisering av matriser og operatorer (Ch. 5.1, 5.2 og 8.5)

R: 0, , = 6000 D : 0, , = 4000 La v n = angi fordelingen etter n år (dvs. a b n stemmer for R og

Lineære ligningssystem; Gauss-eliminasjon, Redusert echelonmatrise

Alle svar skal grunngis. Alle deloppgaver har lik vekt.

MAT UiO. 10. mai Våren 2010 MAT 1012

Universitet i Bergen. Eksamen i emnet MAT121 - Lineær algebra

UNIVERSITETET I OSLO

Vær OBS på at svarene på mange av oppgavene kan skrives på flere ulike måter!

Løsningsforslag til eksamen i MA1202/MA6202 Lineær algebra med anvendelser våren 2009.

MAT-1004 Vårsemester 2017 Prøveeksamen

MAT1120 Oppgaver til plenumsregningen torsdag 25/9

Eksamen i ELE Matematikk valgfag Torsdag 18. mai Oppgave 1

TMA4110 Matematikk 3 Haust 2011

Løsningsforslag Eksamen M001 Våren 2002

TMA4123/TMA4125 Matematikk 4M/4N Vår 2013

MAT-1004 Vårsemester 2017 Prøveeksamen

TMA4110 Matematikk 3 Haust 2011

UNIVERSITETET I OSLO

UNIVERSITETET I OSLO

MA0002 Brukerkurs i matematikk B Vår 2014

MAT1120 Oppgaver til plenumsregningen torsdag 18/9

ELE Matematikk valgfag

MAT1120 Notat 2 Tillegg til avsnitt 5.4

FYS2140 Kvantefysikk, Løsningsforslag for Oblig 1

TMA4100 Matematikk 1 Høst 2014

Eksamensoppgave MAT juni 2010 (med løsningsforslag)

MAT1120 Notat 2 Tillegg til avsnitt 5.4

OBLIG 2 - MAT 1120 Høsten 2005

MAT UiO mai Våren 2010 MAT 1012

5.8 Iterative estimater på egenverdier

TMA4123/TMA4125 Matematikk 4M/4N Vår 2013

MA0002 Brukerkurs i matematikk B Vår 2016

LØSNINGSFORSLAG EKSAMEN MA0002, VÅR 09

Eksamensoppgave i TMA4110/TMA4115 Calculus 3

EKSAMEN I MA1202 OG MA6202 LINEÆR ALGEBRA MED ANVENDELSER

Løsningsforslag eksamen 18/ MA1102

Til enhver m n matrise A kan vi knytte et tall, rangen til A, som gir viktig informasjon.

7.4 Singulærverdi dekomposisjonen

Løsningsforslag til eksamen i SIF4072 KLASSISK FELTTEORI Onsdag 28. mai 2003

LO510D Lin.Alg. m/graf. anv. Våren 2005

MA0002 Brukerkurs i matematikk B Vår 2013

Lineær algebra. 0.1 Vektorrom

Eksamensoppgave i TMA4115 Matematikk 3

Løsninger for eksamen i MAT Lineær algebra og M102 - Lineær algebra, fredag 28. mai 2004, Oppgave 1. M s = = 1 2 (cofm 2) T.

LØSNINGSFORSLAG EKSAMEN I MATEMATIKK 4N/D (TMA4125 TMA4130 TMA4135) Norges teknisk naturvitenskapelige universitet Institutt for matematiske fag

Pensum i lineæralgebra inneholder disse punktene.

EKSAMEN I MA0002 Brukerkurs B i matematikk

Vi skal koble diagonalisering av matriser sammen med ortogonalitet. Skal bl.a. se på

Institutt for Samfunnsøkonomi

HØGSKOLEN I BERGEN Avdeling for ingeniørutdanning

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

MAT1120 Notat 1 Tillegg til avsnitt 4.4

6.4 Gram-Schmidt prosessen

TMA4123M regnet oppgavene 2 7, mens TMA4125N regnet oppgavene 1 6. s 2 Y + Y = (s 2 + 1)Y = 1 s 2 (1 e s ) e s = 1 s s2 s 2 e s.

UNIVERSITETET I BERGEN

Transkript:

Norges teknisk naturvitenskapelige universitet Institutt for matematiske fag Side av 7 EKSAMEN I MATEMATIKK 3 (TMA) Tirsdag 3. november Tid: 9: 3: LØSNINGSFORSLAG MED KOMMENTARER Oppgave I denne oppgaven skal vi finne ei kubikkrot, og da må vi regne med komplekse tall på polarform. For tallet på høyre side blir dette: + ( ) 3 ( 3i = + i = cos π 3 + i sin π ) = e iπ/3. () 3 Deretter skriver vi z = re iθ og setter opp ligningen som har løsningene z 3 = r 3 e i3θ = e iπ/3 = e i(π/3+kπ), () r = /3, θ k = ( π ) 3 3 + kπ, k =,,,,,. (3) Vinkler som avviker med et multiplum av π gir samme komplekse tall, slik at vi kun får 3 ulike θ: θ = π 9, θ = π 9 + π 3, θ = π 9 + π 3. () Dermed får vi løsningene Løsningene er skissert på figuren. z = /3 e iπ/9, z = /3 e i7π/9, (5) z = /3 e i3π/9.

Side av 7 y z 3 z x z Figur : Løsningene i oppgave. Oppgave (a) Med karakteristisk ligning λ + 9 = (6) blir røttene λ, = ±3i. Her bruker vi Eulers formler for å omforme e 3ix til cos 3x + i sin 3x, og tilsvarende for e 3ix. Dermed blir generell løsning Initial- (start-) betingelsene gir oss to ligninger for c og c : med andre ord, c =, c =, og løsning y h (x) = c cos 3x + c sin 3x. (7) y h () = = c cos + c sin, y h () = 6 = 3c sin + 3 cos, (8) y (x) = cos 3x + sin 3x. (9) (b) Venstre side er samme ligning som (a), slik at vi allerede kjenner homogenløsningen. Her kan vi ellers benytte at hvis høyresiden er en sum, kan partikulærløsningene finnes for hvert ledd i summen, og deretter summeres. Siden e 3x ikke er noen homogenløsning, vil partikulærløsningen ha formen Ae 3x. Innsatt får vi dermed ( Ae 3x ) + 9Ae 3x = 8Ae 3x = 6e 3x, () slik at A = /3. Når det gjelder sin 3x, er dette en homogenløsning, og aktuell prøveløsning for y p blir følgelig x (A sin 3x + B cos 3x). ()

Side 3 av 7 Innsatt: [x (A sin 3x + B cos 3x)] + 9x (A sin 3x + B cos 3x) = sin 3x, () eller A =, B =. Dermed blir generell løsning 6 6 [A cos 3x B sin 3x] = sin 3x, (3) y(x) = c cos 3x + c sin 3x + 3 e3x x cos 3x. () 6 (c) Dette er en såkalt Euler-Cauchy-ligning, som behandles i K., avsnitt.6. Vi finner løsningen ved å prøve med y = x m. Her blir dette Med andre ord, vi må ha x (x m ) + x (x m ) 6 (x m ) = x m [m (m ) + m 6] =. (5) eller m = 3, m =. Generell løsning blir da m (m ) + m 6 = m + m 6 =, (6) y (t) = c x 3 + c x, x >. (7) Oppgave 3 (a) Vi stiller opp den utvidede koeffisientmatrisen og setter i gang: 3 3 5 5 5 3 3 3 (8) (9). () Dette gir oss løsningen x 5 =, x = s, x 3 = t, x = + t s, x = t, ()

Side av 7 som også kan skrives x = + t + s, t, s R. () Legg merke til at løsningen er summen av en partikulærløsning, x p, og den generelle løsningen av homogenligningen, x h (Det er strengt tatt ikke nødvendig å regne helt til redusert Echelon form. Løsningen blir den samme, - eller helt ekvivalent). (b) Alle svar her lar seg utlede fra (a). For det første finner vi en basis for radrommet, Row (A), fra de tre øverste radene i den reduserte Echelonformen (Det er mange ulike Echelonformer, men alle tilhørende basiser for Row (A) er likeverdige). Deretter identifiserer vi de ledende (pivot-) koeffisientene for hver rad i Echelonformen, som vi finner i kolonnene, og 5. Disse tre kolonnene i den originale matrisen kan brukes som basis for Col (A). Dermed får vi Row (A) = Span, Col (A) = Span (3) (Det er også mange måter å finne en basis for Col (A) på. For eksempel kunne en alternativt finne en basis for Row ( A T )! ) Tilslutt observerer vi at Row (A) = Null (A), og basisen her følger direkte fra løsningen i (a): Row (A) = Null (A) = Span. () Vi ser videre at (I tråd med at rang (A) + dim (Null (A)) = n). 3 5 dim (Row (A)) = dim (Col (A)) = rang (A) = 3, (5) dim (Null (A)) =. (6).

Side 5 av 7 Oppgave (a) Vi starter med å løse karakteristisk ligning, λ A λi = λ 6 λ = λ3 + λ λ = λ (λ ) =. (7) Dermed blir det egenverdier, λ = og λ = (dobbel). Egenrommet til λ finnes ved å løse (A I) x =. Vi finner Echelonformen, (8) 6 og ser umiddelbart at løsningen blir v = t. (9) For λ får vi på tilsvarende måte: A I =. (3) Her kan løsningen skrives v = s + t t, s R. (3) Merk at det også er flere ekvivalente måter å angi denne løsningen på. Vi leser mulige basisvektorer direkte ut fra løsningen. (b) Matrisen i (a) har sammenfallende egenvektorer og det er dermed ikke helt opplagt A kan diagonaliseres. Her er imidlertid egenrommet til λ to-dimensjonalt, så tilsammen har 3 3- matrisen A + = 3 lineært uavhengige egenvektorer (basisene vi fant i (a)). Da er den diagonaliserbar med P = D =. (3)

Side 6 av 7 For sikkerhets skyld kan vi sjekke at AP = P D: AP = 6 P D = = =. (c) Vi observerer at det oppgitte systemet nettopp er y = Ay, (33) der A er matrisen i (a), og generell løsning kan dermed settes opp umiddelbart: y (t) = c + c e t + c 3 e t. (3) Med oppgitte startbetingelser får vi y () = 3 = c + c + c 3 c c 3 c + c (35) og ser umiddelbart at c 3 =, c =, c =. Løsningen blir dermed y (t) = e t. (36) Oppgave 5 (a) Vi finner først at konsentrasjonen av rotenon i vatn A er y (t) /V, mens konsentrasjonen i vatn B er y (t) / (3V ). Dermed kan vi sette opp at endringen i mengde pr. tidsenhet er lik det som kommer inn pr. tidsenhet, minus det som går ut pr. tidsenhet: ( ) dy dt = U y (t), (37) V ( ) ( ) dy (t) y (t) y (t) = +U (6U), (38) dt V 3V

Side 7 av 7 som blir lik de oppgitte ligningene. Ved t = er det M ingenting i B, dvs. y () =. kilo gift i A, dvs. y () = M, og (b) Her blir vi bedt om å løse ligningssystemet med startbetingelsene y () =, y () =. ẏ = y, ẏ = y y, Det er to måter å gjøre dette på. For det første kan vi løse det som et system, ẏ = Ay, der [ ] A =. (39) Egenverdiene blir følgelig λ =,, og vi ser lett at tilhørende basisvektorer for egenrommene kan velges som [ ] [ ] v =, v =. () Generell løsning blir dermed y (t) = c [ ] e t + c [ og startbetingelsene gir umiddelbart at c =, c =. Følgelig blir y (t) = e t, y (t) = e t e t. ] e t, () I dette enkle tilfellet er det imidlertid aller enklest å løse ligningene etter tur. Første ligning er jo bare ẏ = y, y () =, () og løsningen blir dermed som ovenfor y (t) = e t. I andre ligning får vi da ẏ = e t y, eller ẏ + y = e t, y () =. (3) Generell løsning er y (t) = Ae t + e t, og siden y () =, blir A =. Oppgave 6 vi nettopp Av = Her kan være litt problematisk å komme i gang, men hvis vi beregner Av, får a a a 3 a a a 3 a 3 a 3 a 33 = a + a + a 3 a + a + a 3 a 3 + a 3 + a 33 som løser hele oppgaven for oss. Egenverdien er altså lik. = = ()