R Differensialligninger

Like dokumenter
R2 - kapittel 5 EF og 6 ABCD

Løsningsskisser - Kapittel 6 - Differensialligninger

Løsningsskisser til oppgaver i Kapittel Integrerende faktor

Heldagsprøve R

R Differensialligninger

UDIRs eksempeloppgave høsten 2008

Fagdag 7 - Start kapittel 6 - Differensialligninger. Arbeidsark

R2 eksamen våren ( )

R2 Eksamen V

R2 Eksamen høsten 2014 ( )

Løsning av utvalgte øvingsoppgaver til Sigma R2 kapittel 5

Løsningsskisser eksamen R

Heldagsprøve R2. Våren Onsdag 6. Mai Løsningsskisser - Versjon Del 1 - Uten hjelpemidler - 3 timer. Oppgave 1.

Heldagsprøve R2 - Våren

R2 - Differensialligninger og Algebra

MA0002 Brukerkurs i matematikk B Vår 2013

R2 - Eksamen Løsningsskisser

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

Løsningsforslag til utvalgte oppgaver i kapittel 10

OPPGAVE 1 LØSNINGSFORSLAG

K Andre Ordens Differensialligninger

Difflikninger med løsningsforslag.

TMA4100 Matematikk1 Høst 2009

Kapittel Flere teknikker

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

Differensjalligninger av førsteorden

Nei, jeg bare tuller.

R2 eksamen våren 2017 løsningsforslag

Heldagsprøve. Matematikk - R April 2009 Løsningsskisser Ny versjon:

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

Løsningsforslag Eksamen M001 Våren 2002

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

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

d) Vi skal nne alle lsningene til dierensialligningen y 0 + y x = arctan x x pa intervallet (0; ). Den integrerende faktoren blir R x e dx = e ln x =

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

Eksamen R2, Våren 2011 Løsning

Test, 4 Differensiallikninger

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

Løsningsforslag: Eksamen i MAT111 - Grunnkurs i Matematikk I

Differensialligninger

MA0002 Brukerkurs i matematikk B Vår 2016

Fasit, Separable differensiallikninger.

Løsningsforslag Eksamen M100 Høsten 1998

Separable differensiallikninger.

S2 - Eksamen V Løsningsskisser. Del 1

UNIVERSITETET I OSLO

Problem 1. Problem 2. Problem 3. Problem 4

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

3.1 Første ordens lineære difflikninger. y + f(x)y = g(x) (3.1)

R2 - Heldagsprøve våren 2013

Eksamen R2, Våren 2009

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

R2 - K4: Funksjoner. I Deriver de trigonometriske funksjonene: a) f x sinx x b) f x sin 2 x c) f x sinxtanx d) f x sin x. II Gitt funksjonen f x sin x

R2 kapittel 8 Eksamenstrening Løsninger til oppgavene i læreboka

R2 - Funksjoner, integrasjon og trigonometri

UNIVERSITETET I OSLO

MA1101 Grunnkurs Analyse I Høst 2017

Optimal kontrollteori

Løsningsforslag eksamen i TMA4100 Matematikk desember Side 1 av 7

Eksamen IRF30014, høsten 15 i Matematikk 3 Løsningsforslag

R1 - Funksjoner 2. Løsningsskisser. Alle oppgaver skal gjøres ved regning! Oppgave 1. Oppgave 2. Kapittel

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

3x + 2y 8, 2x + 4y 8.

R2 - Løsningsskisser til noen oppgaver i kapittel 4.1 og 4.2

Eksamen R2 høsten 2014 løsning

Eksamen R2 høst 2011, løsning

dx k dt н x 1,..., x n f 1,...,f n н- н f k (x 1,..., x n ), k =1,2,...,n, нн d X = f( X). X = (t),.. x 1 = 1 (t), x 2 = 2 (t),...

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

Løsningsforslag til eksamen i MAT111 - Grunnkurs i Matematikk I

Del 1 - Uten hjelpemidler

Løsningsforslag eksamen 18/ MA1102

Prøveeksamen i MAT 1100, H-03 Løsningsforslag

R2 - Trigonometri

Fagdag torsdag

TMA4100 Matematikk 1 Høst 2014

UNIVERSITETET I OSLO

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

Differensiallikninger definisjoner, eksempler og litt om løsning

TMA4100 Matematikk 1, høst 2013

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

QED Matematikk for grunnskolelærerutdanningen. Bind 2. Fasit kapittel 1 Kalkulus

Høgskolen i Telemark Eksamen Matematikk 2 modul Mai Fakultet for estetiske fag, folkekultur og lærerutdanning BOKMÅL 24.

UNIVERSITETET I BERGEN

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

DEL 1 Uten hjelpemidler

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

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,

Lineære differensiallikninger.

, men det blir svært tungvindt her.) 3 xe3x 1 9 e3x C 1 9 e3x 3x 1 C

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

Løsningsforslag Prøveeksamen i MAT-INF 1100, Høsten 2003

R2 - Kapittel 4 - Funksjoner

Løsningsforslag AA6524 Matematikk 3MX Elever AA6526 Matematikk 3MX Privatister eksamensoppgaver.org

Eksamen R2 Høst Løsning

Løsningsforslag for eksamen i brukerkurs i matematikk A (MA0001)

Løsningsforslag eksamen R2

R2 eksamen høsten 2017 løsningsforslag

MA forelesning

Løsningsforslag til eksamen i MA0002, Brukerkurs i matematikk B

TMA4100 Matematikk 1, 4. august 2014 Side 1 av 12. x 2 3x +2. x 2

Transkript:

R2-26.02.2015 - Differensialligninger Løsningsskisser Oppgave 1 Løs differensialligningene: a) y x e x b) y x y 0 c) y xy x d) y y x a) Eksakt dl: y x e x Løses direkte med vanlig integrasjon: y x2 2 e x C b) Ulineær, separabel: yy x, y 0 Integrasjon og kjerneregel gir: yy dx xdx ydy xdx y2 x2 C 2 2 1 y 2 x 2 C (ligningsform) y x 2 C (funksjonsform) (y 2 x 2 C er en hyperbel med skrå asymptoter y x: (Minner om sirkelligning x 2 y 2 C!) c) Lineær og separabel. Separasjon gir: y x y 1 y 1 gir: y dx xdx 1 dy xdx y 1 y 1 ln y 1 x2 C 2 1 y 1 e x2 2 C 1 y 1 e x2 2 e C 1 y 1 C 2 e x2 2 y 1 Ce x2 2 y Ce x2 2 1 (Tilfellet y 1 er dekket av C 0.) d) Ikke separabel, så vi må bruke integrerende faktor: H-P Ulven 1 av 7 r2_260215_ls.tex

Oppgave 2 IF e 1dx e x y e x ye x xe x ye x xe x ye x xe x dx Delvis integrasjon: xe x dx e x x e x 1dx e x x e x C Ligning: ye x e x x e x C y x 1 Ce x Løs differensialligningene: a) xy y cosx, med initialbetingelsen: y 2 2 b) yy x 2 1, med initialbetingelsen: y 1 2 a) Kan skrive som y 1 x y cos x x IF e 1 x dx e ln x x Multiplikasjon gir da: xy y cosx og bruke integrerende faktor: og vi er tilbake der vi startet! Så, egentlig burde vi sett at venstre side er klar for produktsetningen direkte: (Sparer en del tid på å se slike ting!) xy y y x y1 yx Uansett, vi får: yx cosx yx sin x C y sin x C x (Generell løsning.) Initialbetingelse: y 2 2 2 1 C 2 C 1 y sin x 1 x (Spesiell løsning.) b) Ulineær, så vi separerer: yy 1 yy dx x 2 dx x 2 y 2 Oppgave 3 x 1 C 2 1 y 2 C 2 x (Generell løsning på ligningsform) y C 2 x (Generell løsning på funksjonsform) Initialbetingelse: y 1 2 2 C 2 1 C 4 (Negativ løsning umulig!) y 4 2 x (Spesiell løsning.) OS: Legg merke til at y 4 2 x må forkastes med denne initialbetingelsen! ( C 2 x kan aldri bli 2!) a) Hvilke av differensialligningene i oppgave 1 og 2 er av første orden? H-P Ulven 2 av 7 r2_260215_ls.tex

b) Hvilke av differensialligningene i opppgave 1 og 2 er ulineære. (Grad høyere enn 1.) a) Alle er av første orden. (Første deriverte av y.) b) Oppgave 1b) (yy x 0) og Oppgave 2 b) (yy x 2 1) er ulineære da de inneholder produkt av y-er! (y 2, y 2 eller yy.) Oppgave 4 a) Vis at sin x y cos x y 1 y. b) ruk dette til å løse differensialligningen y 1 cos x y cos x y. (Løsningen er ikke en funksjon, så behold løsningen på ligningsform.) a) Kjerneregel gir: sin x y sin u, u x y sin x y cos u 1 y cos x y 1 y QED b) y 1 cos x y y 1 1 y 1 1 cos x y cos x y cos x y cos x y 1 y 1 Resultatet i a) gir: sin x y 1 sin x y x C (Ligningsform.) Kommentarer: Vanskelig å løse denne med hensyn på y og få med alle muligheter, da sin x bare har definert invers funksjon sin 1 x for x begrenset til intervallet 1, 1. Kan finne retningsdiagram i GeoGebra med: Retningsdiagram[(1-cos(x y))/cos(x y)] Litt verre å grafe, men kan være lurt å kjenne til et triks ( :-) )som går ut på å bruke parameterfremstilling: For å få både x og y ut av sinusfunksjonen, innfører vi parameteren t x y x t y I og får da: sin t t y C y C t sin t II Dette gir igjen parameterfremstillingen: H-P Ulven 3 av 7 r2_260215_ls.tex

x t y y C t sin t som igjen gir: x t C t sin t y C t sin t Kommandoen: Kurve[ t-(c t-sin(t)), C t-sin(t), t, -10, 10] gir da: Oppgave 5 Vektløfteren jørn Råsterk tok sikte på å få medalje i et VM ved hjelp av kosttilskuddet Super Testo Steron, som ikke overraskende stod på dopinglisten. Anbefalt dose i døgnet var 1 gram. I ruksanvisningen Råsterk fikk av en østeuropeisk vektløfter, sto det at for hvert gram inntatt Super Testo Steron blir det lagret 2 mg av et sporstoff S i blodet. Uheldigvis for Råsterk og likesinnede kunne sporstoffet S oppdages ved dopingkontroller. Kroppen bryter ned 10% av dette sporstoffet i løpet av et døgn. Råsterk brukte anbefalt dose de siste 30 dagene før VM. a) Vis at dette gir en modell beskrevet av differensialligningen y 0. 1y 2 [mg/døgn], t 0, [døgn] b) Løs differensialligningen. c) Finn ut om Råsterk ble tatt i dopingkontrollen, hvis dopingkontrollen ga positivt utslag på alle med mer enn 15 mg sporstoff i blodet. a) Skjematisk: Endring Inn - Ut Endringshastighet sporstoff i blod Daglig dose - Daglig nedbrytning y [mg/d] 2 [mg/d] 0. 1 [1/d] y [mg] Så vi har differensialligningen: y 0. 1y 2, der y er antall mg sporstoff i blodet. H-P Ulven 4 av 7 r2_260215_ls.tex

(Forutsetningen for modellen er at vi regner som om inntaket skjer helt kontinuerlig gjennom døgnet. I virkeligheten ville det skje med en pille en gang i døgnet, så slik sett vil en modell med følge/rekke passe bedre, på den annen side er daglig nedbrytning kontinuerlig gjennom døgnet, så både en følge/rekke eller differensialligning er mulige måter å lage modeller på.) b) Lineær og kan løses både med integrerende faktor og som separabel differensialligning: y 20 gir: y 2 0.1y ln 2 0.1y 0.1 y 1 dt 1dt 1 dy 1dt 2 0.1y 2 0.1y t C 1 ln 2 0. 1y 0. 1t C 2 2 0. 1y e 0.1t C 2 2 0. 1y e 0.1t e C 2 2 0. 1y C 3 e 0.1t 2 0. 1y C 4 e 0.1t 0. 1y 2 C 4 e 0.1t y 20 Ce 0.1t (Generell løsning.) (y 20 er dekket av C 0.) Initialbetingelse: y 0 0 [mg] (Naturlig å regne med at Råsterk ikke er dopet i utgangspunktet.) 0 20 Ce 0 C 20 y 20 20e 0.1t (Spesiell løsning.) c) Sporstoff i blodet dag 31: y 31 19 [mg] Oppgave 6 ): Råsterk ble tatt i dopingkontrollen da y 31 15 (grenseverdien) Det ble satt ut kaniner på en øde øy. Antall kaniner var etter t måneder gitt av den logistiske modellen K t [kaniner], D 1 ae kt K 0, [mnd.]. a) Vis at K t ak 2 e kt ae kt 1 2 b) Vis ved innsetting at K t er løsning av den logistiske differensialligningen K k K K Utviklingen av bestanden går frem av tabellen: H-P Ulven 5 av 7 r2_260215_ls.tex

t :[mnd] 6 12 18 K t :[kaniner] 330 460 490 c) ruk opplysningene til å finne, a og k. d) Hvor mange kaniner ble satt ut i utgangspunktet? e) Hvor mange kaniner gir denne modellen i det lange løp? f) Hva er maksimal veksthastighet? a) ruker kjerneregel: K t 1 ae kt 1 u 1, u 1 ae kt K t u 2 0 ae kt k ak 2 1 ae kt 2 e kt ak 2 QED e kt 1 ae kt 2 b) VS K t ak 2 e kt 1 ae kt 2 (Fra a). ) HS kk t K t k k 2 1 1 1 ae kt 1 ae kt 1 ae kt 1 ae kt k 2 1 ae kt 1 k 2 ae kt ak 2 e kt 1 ae kt 1 ae kt 1 ae kt 1 ae kt 1 ae kt 2 QED Resten av oppgaven dreier seg mer om kapittel 4, men jeg tok den med da den gir oss litt mer informasjon om den logistiske funksjonen. c) Regresjon med TI lommeregner: Listene: L1 {6,12,18} og L2 {330,460,490} og kommandoen: STAT,CALC, :Logistic L1,L2 gir oss modellen: 496 K t 1 3.24e 0.310t I GeoGebra: RegLogist[{(6,330), (12,460), (18,490)} ] gir samme resultat! d) Kaniner i utgangspunktet, t 0: K 0 496 1 3.24e 0 117 e) Kaniner i det lange løp, t : 496 lim t 496 1 3.24e 0.310t 1 0 496 (ærekraften 496.) f) Maksimal veksthastighet har vi i vendepunktet, og vi vet at det er i symmetripunktet der K t 2. Trikset her er å bruke den opprinnelige differensialligningen: Maks. veksthastighet: H-P Ulven 6 av 7 r2_260215_ls.tex

K k k k2 38 [kaniner/mnd] 2 2 2 2 4 Se også en annen fil-lenke der jeg som en illustrasjon viser hvordan alle oppgavene kunne vært gjort med CAS! 4 0.310 496 4962 H-P Ulven 7 av 7 r2_260215_ls.tex