Løsningsskisser til oppgaver i Kapittel Integrerende faktor

Like dokumenter
Løsningsskisser - Kapittel 6 - Differensialligninger

Kapittel Flere teknikker

UDIRs eksempeloppgave høsten 2008

Difflikninger med løsningsforslag.

R2 - kapittel 5 EF og 6 ABCD

R2 - Eksamen Løsningsskisser

UNIVERSITETET I OSLO

R2 Eksamen V

R Differensialligninger

Heldagsprøve R

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

Differensialligninger

Løsningsskisser eksamen R

Løsningsforslag: Eksamen i MAT111 - Grunnkurs i Matematikk I

UNIVERSITETET I OSLO

TMA4100 Matematikk 1, høst 2013

Løsning av utvalgte øvingsoppgaver til Sigma R2 kapittel 5

Test, 4 Differensiallikninger

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

MA1101 Grunnkurs Analyse I Høst 2017

R2 eksamen våren ( )

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

Løsningsforslag til utvalgte oppgaver i kapittel 10

R2 Eksamen høsten 2014 ( )

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

UNIVERSITETET I OSLO

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

Differensjalligninger av førsteorden

K Andre Ordens Differensialligninger

Institutionen för Matematik, KTH

Heldagsprøve R2 - Våren

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

MA0002 Brukerkurs i matematikk B Vår 2016

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

Prøve i R2 Integrasjonsmetoder

TMA4100 Matematikk1 Høst 2009

EKSAMEN I MATEMATIKK 1000

TMA4110 Matematikk 3 Høst 2010

Fasit, Separable differensiallikninger.

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

Løsningsforslag Prøveeksamen i MAT-INF 1100, Høsten 2003

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

Separable differensiallikninger.

Eksamen R2, Våren 2011 Løsning

Lineære differensiallikninger.

Løsningsforslag til prøveeksamen i MAT1100, H-14 DEL 1

Løsningsforslag eksamen i TMA4100 Matematikk desember Side 1 av 7

UNIVERSITETET I OSLO

MA0002 Brukerkurs i matematikk B Vår 2013

Sammendrag R mai 2009

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

Institutt for Samfunnsøkonomi

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

Løsningsforslag eksamen R2

x(x 1)(x 2) p(x) = 3,0 1( 1 1)( 1 2) Newtons interpolasjonsformel: Tabellen over dividerte differenser er gitt ved

UNIVERSITETET I OSLO

Eksamen R2 høsten 2014 løsning

Løsningsforslag til Eksamen i MAT111

Løsningsforslag Eksamen M100 Høsten 1998

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

Eksamensoppgave i MA1101/MA6101 Grunnkurs i analyse I. LØSNINGSFORSLAG

Fagdag 7 - Start kapittel 6 - Differensialligninger. Arbeidsark

Løsningsforslag til eksamen i MA0002, Brukerkurs i matematikk B

R2 - Funksjoner, integrasjon og trigonometri

Løsningsforslag eksamen 18/ MA1102

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

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 =

Eksempelsett R2, 2008

Løsningsforslag Eksamen M001 Våren 2002

TMA4100 Matematikk 1 Høst 2014

Eksamen R2, Våren 2009

Kapittel 2. Antiderivering. 2.1 Derivasjon

OPPGAVE 1 LØSNINGSFORSLAG

MA1410: Analyse - Notat om differensiallikninger

LØSNINGSFORSLAG EKSAMEN MA0002, V08

og variasjon av parameterene Oppsummering.

Løsningsforslag til eksamen i MAT111 Vår 2013

Eksamen R2 Høst Løsning

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

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

UNIVERSITETET I OSLO

UNIVERSITETET I OSLO

R2 eksamen høsten 2017 løsningsforslag

R Differensialligninger

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

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

SIF5005 Matematikk 2, 13. mai 2002 Løsningsforslag

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

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

Alle svar skal grunngis. Alle deloppgaver har lik vekt.

Differensiallikninger definisjoner, eksempler og litt om løsning

LØSNINGSSKISSE TIL EKSAMEN I FAG SIF august 2001

Forkurs, Avdeling for Ingeniørutdanning

UNIVERSITETET I BERGEN

Alle svar skal grunngis. Alle deloppgaver har lik vekt.

Definisjoner og løsning i formel

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

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

Løsningsforslag, eksamen i MA0002, Brukerkurs i matematikk B

TMA Matematikk 4D Fredag 19. desember 2003 løsningsforslag

Transkript:

Løsningsskisser til oppgaver i Kapittel 6.4 - Integrerende faktor Teori: Differensialligninger på formen y fx y gx (lineære i y av første orden) er ikke separable hvis ikke fx og gx er tallkonstanter. Vi trenger derfor en ny løsningsmetode, som også bygger på multiplikasjonsregelen for derivasjon: y e Fx y e Fx ye Fx fx, der F x fx Vi innfører en integrende faktor IF e fxdx e Fx og multipliserer differensialligningen med denne: y fxy gx blir da: y e Fx ye Fx fx gxe Fx Med multiplikasjonsregelen kan vi da gjøre om venstre side av differensialligningen slik at vi får: ye Fx gxe Fx Som vi løser ved integrasjon: Løsningen blir da: ye Fx gxe Fx dx y e Fx gxe Fx dx Se også oppgave 6.31 under løsningsskisssene til kapittel 6.1, 6. og 6.3. Når vi regner ut IF e fxdx dropper vi integrasjonskonstanter, vi bruker den enkleste vi kan, uten integrasjonskonstanter! OBS: Svært ofte kan vi ved å tenke på multiplikasjonsregelen se hva den integrerende faktoren blir direkte, uten å regne ut e fxdx! Oppgaver: 63 e x y e x y e x y Altså har vi: e x y e x y 6x e x y 6x e x y 6xdx 3x C y 3x e x Ce x Ulven 6.3.09 1 av 5 6_4.tex

633 x 3 y 5y 3x y cosx x 3 5y 3x y cosx Her er det mulig å se at vi kan bruke multiplikasjonsregelen direkte: yx 3 5 cosx yx 3 5 cosxdx sinx C y sinx x 3 5 C x 3 5 Hvis man ikke ser slikt blir det litt mer arbeid: Vi skriver om til: y 3x cos x y x 3 5 x 3 5 IF e 3x x 3 5 dx e lnx3 5 x 3 5 (Med variabelskifte u x 3 5.) Den integrerende faktoren var altså der hele tiden! 635 d 636 y sinx y 0 Et poeng, hvis ligningen er separabel, så er den separable metoden enklere enn integrerende faktor: 1 y dy sinxdx lny cosx D y e cos xd e cos x e D Ce cos x ( Integrerende faktor blir mer omstendelig: IF e sinxdx e cos x som gir: y e cos x ye cos x sinx 0 ye cos x 0 ye cos x C y Ce cos x ) a) y 4y 9 1 Også separabel: dy dx 1 ln94y x D 94y 4 ln94y 4x E 94y e 4xE 4y Fe 4x 9 y Ce 4x 9 4 Med integrerende faktor: IF e 4dx e 4x ye 4x 9e 4x ye 4x 9 1 4 e4x C y Ce 4x 9 4 y0 gir: Ce 0 9 4 C 17 4 og y 1 4 17e4x 9 c) y 1 x y 7x, y1 4 3 Ulven 6.3.09 av 5 6_4.tex

Multipliserer vi opp x får vi: xy y 7x Multiplikasjonsregel gir direkte: yx 7x yx 7 3 x3 C Og generell løsning: y 7 3 x C x 4 Initialbetingelse: 7 1 C C 1 3 3 1 Og spesiell løsning: y 7 3 x 1 x Med integrerende faktor: IF e 1 x dx e lnx x Da vår vi ligningen: xy y 7x Som vi hadde fra starten av med riktig integrerende faktor! 637 c y 1 y 4x x IF e 1 x dx e 1 lnx e ln x x y x 4x x y x 4x x dx 4x 3 dx 4 x 3 1 3 1 C 4 x 5 5 C 8 5 x5 C y 8 5 x4 C x 8 5 x C x 638 c) xy y x sinx Igjen, direkte: yx x sinx yx x sinxdx og to runder med delvis integrasjon: I x sinxdx cosx x cosxxdx x cosx x cosxdx I x cosxdx x sinx sinxdx x sinx cosx D I x cosx x sinx cosx C x cosx x sinx C yx x cosx x sinx C y sinx x x cosx C x Med integrerende faktor blir det litt "frem og tilbake er like langt": Først riktig lineær form: y 1 x y x sinx IF e 1 x dx e lnx x Og tilbake der vi var: xy y x sinx... 639 (Se også oppgave 6.31!) Ulven 6.3.09 3 av 5 6_4.tex

a) Homogen ligning (Høyre side lik null): y fxy 0 Separabel: 1 y dy fxdx lny Fx C y H Ce Fx QED b) y y S y H gir innsatt: VS y S y H fxy S y H y S fxy S y H fxy H Da y H er løsning av homogen må y H fxy H 0, og da y S er løsning av y fxy gx må y S fxy S gx så vi får: VS gx HS gx, så y y S y H er altså løsning. (Poenget er at y S bidrar med høyreside gx, mens y H bidrar med 0, så tilsammen gir de gx.) Metoden som brukes i denne oppgaven kan da beskrives slik: Finn y H som er løsning av homogen ligning. Separabel: y H Ce Fx, der F x fx Finn y S ved å prøve med noe som kan gi høyre side, eksempelvis: HS: y S : Polynom e kx sinkx eller coskx A Bx Cx opp til tilsvarende grad Ae kx A sinkx B coskx Konstantene A,B,... finner vi ved å sammenligne med høyre siden av ligningen. c) y y x 5 Homogen, separabel: y H Ce dx Ce x Spesiell: y A Bx gir innsatt: B A Bx x 5 A B Bx x 5 Altså er: B B 1 A B 5 A 5B y S x y y H y S Ce x x (Akkurat i dette tilfellet sparer denne metoden oss for delvis integrasjon av: x 5e x dx ) d) 1) y y e 5x Homogen, separabel: y H Ce dx Ce x Ce x Spesiell: y S Ae 5x gir innsatt: 5Ae 5x Ae 5x e 5x 5A A 1 A 1 3 Ulven 6.3.09 4 av 5 6_4.tex

y S 1 3 e5x y y H y S Ce x 1 3 e5x Med vanlig metode: IF e dx e x ye x e 5x e x ye x e 3x ye x 1 3 e3x C y 1 3 e5x Ce x d) ) y 1 x y 3x Homogen: y H Ce 1 x dx Ce lnx Cx 1 C x Spesiell: y S A Bx Cx (Opp til x da xy y 3x.) Innsatt: B Cx ABxCx x 3x B Cx A x B Cx 3x Samler ledd: B CCx A x 3x Hvis dette skal stemme må: A 0, B 0 og C 1 Altså y S x og generell løsning: y y H y S C x x Med vanlig metode: xy y 3x yx 3x yx 3x dx x 3 C y x C x Oppgavesamlingen er altså ikke så flink til å gi gode eksempler på når vi trenger mer avanserte metoder, mange lar seg løse som separable eller med multiplikasjonsregelen og blir faktisk mer tungvindte med integrerende faktor eller metoden i 639. Bruk derfor ikke integrerende faktor hvis du kan separere ligningen eller bruke multiplikasjonsregelen direkte. Enkle metoder og enkel regning gir færre feil enn mer kompliserte metoder og mer komplisert regning... Ulven 6.3.09 5 av 5 6_4.tex