1. (a) Finn egenverdiene og egenvektorene til matrisen A =

Like dokumenter
Løsningsforslag MAT102 - v Jon Eivind Vatne

Fasit MAT102 juni 2016

Fasit til eksamen i emnet MAT102 - Brukerkurs i matematikk II Mandag 21.september 2015

Fasit eksamen i MAT102 4/6 2014

1 Oppgave 1 Skriveoppgave Manuell poengsum. 2 Oppgave 2 Code editor Manuell poengsum. 3 Oppgave 3 Skriveoppgave Manuell poengsum

1. Finn egenverdiene og egenvektorene til matrisen A = 2 1 A =

Løsningsforslag MAT102 Vår 2018

EKSAMEN I MATEMATIKK 1000

UNIVERSITETET I OSLO

Alle svar skal grunngis. Alle deloppgaver har lik vekt.

UNIVERSITETET I OSLO

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

Alle svar skal grunngis. Alle deloppgaver har lik vekt.

UNIVERSITETET I OSLO

Løsningsforslag til eksamen i MA0002, Brukerkurs i matematikk B

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

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

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

Løsningsforslag. og B =

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

x n+1 = x n f(x n) f (x n ) = x n x2 n 3

Eksamen R2, Våren 2011 Løsning

Matematikk Øvingsoppgaver i numerikk leksjon 9. Løsningsforslag

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

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

Løsningsforslag eksamen 18/ MA1102

UNIVERSITETET I OSLO

Numeriske metoder i MATLAB Tillegg til pensum i MAT102. Jon Eivind Vatne e-post: jev@hib.no

Løsningsforslag Prøveeksamen i MAT-INF 1100, Høsten 2003

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

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

Eksamen R2 Høsten 2013 Løsning

Løsningsforslag til underveisvurdering i MAT111 vår 2005

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

Løsningsforslag Eksamen M001 Våren 2002

MA1102 Grunnkurs i analyse II Vår 2014

Matematikk 1 Første deleksamen. Løsningsforslag

Lineære ligningssystem og matriser

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

Oppgave 1 (25 %) - Flervalgsoppgaver

UNIVERSITETET I OSLO

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

UNIVERSITETET I OSLO

Lineære ligningssystem; Gauss-eliminasjon, Redusert echelonmatrise

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

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

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

LØSNINGSFORSLAG EKSAMEN MA0002, VÅR 09

MA0002 Brukerkurs i matematikk B Vår 2013

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

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

1 Mandag 1. februar 2010

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

Viktig informasjon. 1.1 Taylorrekker. Hva er Taylor-polynomet av grad om for funksjonen? Velg ett alternativ

Eksamen R2, Våren 2009

LØSNINGSSKISSE TIL EKSAMEN I FAG SIF august 2001

Oblig 1 - vår 2015 MAT1012

Løsningsskisser til oppgaver i Kapittel Integrerende faktor

UNIVERSITETET I OSLO

Oppgave 1. e rt = 120e. = 240 e

MAT 1110: Obligatorisk oppgave 1, V-07: Løsningsforslag

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

Eksamensoppgave i MA1102/6102 Grunnkurs i analyse II

UNIVERSITETET I OSLO

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

Løsningsforslag for MAT-0001, desember 2009, UiT

EKSAMEN I MATEMATIKK 3 (TMA4110)

Viktig informasjon. 1.1 Taylorrekker. Hva er Taylor-polynomet av grad om for funksjonen? Velg ett alternativ

UNIVERSITETET I OSLO

UNIVERSITETET I OSLO

Løsningsforslag. og B =

UNIVERSITETET I OSLO

Løsningsforslag til Obligatorisk innlevering 7

UNIVERSITETET I OSLO

Fasit til utvalgte oppgaver MAT1110, uka 28/4-2/5

Løsningsforslag. Innlevering i BYFE 1000 Oppgavesett 1 Innleveringsfrist: 10. oktober klokka 14:00 Antall oppgaver: 6. Oppgave 1

TMA4122/TMA4130 Matematikk 4M/4N Høsten 2010

UNIVERSITETET I BERGEN

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

Løsningsforslag til prøveeksamen i MAT1050, vår 2019

Viktig informasjon. Taylorrekker

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

OPPGAVE 1 LØSNINGSFORSLAG

Løsningsforslag for eksamen i brukerkurs i matematikk A (MA0001)

TMA4100 Matematikk 1, høst 2013

Obligatorisk oppgave MAT-INF Lars Kristian Henriksen UiO

MAT jan jan feb MAT Våren 2010

2 3 2 t der parameteren t kan være et vilkårlig reelt tall. i) Finn determinanten til M. M =

Eksamen i TMA4122 Matematikk 4M

Løsningsforslag: Eksamen i MAT111 - Grunnkurs i Matematikk I

MA1101 Grunnkurs Analyse I Høst 2017

TMA4215 Numerisk matematikk

Korreksjoner til fasit, 2. utgave

Fasit, Separable differensiallikninger.

SENSORVEILEDNING. Emnenavn: Matematikk 2. Dato:

Eksempelsett R2, 2008

f (x) = a 0 + a n cosn π 2 x. xdx. En gangs delvisintegrasjon viser at 1 + w 2 eixw dw, 4 (1 + w 2 ) 2 eixw dw.

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

Transkript:

1. (a) Finn egenverdiene og egenvektorene til matrisen A = ( ) 2 3. 1 4 Svar: λ = 5 med egenvektorer [x, y] T = y[1, 1] T og λ = 1 med egenvektorer [x, y] T = y[ 3, 1] T, begge strengt tatt med y 0. (b) Finn den generelle løsningen på systemet av differensialligninger y 1 = 2y 1 +3y 2 y 2 = y 1 +4y 2 Svar: Fra (a) vet vi egenvektorer og egenverdier for koeffisientmatrisen, så fra mønsteret vårt er ( ) ( ) ( ) y1 1 3 = A e 5t + B e t y 2 1 1 (c) Finn den løsningen av systemet fra (b) som har startverdiene y 1 (0) = 2 og y 2 (0) = 2. Hvordan oppfører løsningen seg når argumentet t? Svar: Startverdiene leder til ligningssystemet ( ) ( ) ( 1 3 A 2 = 1 1 B 2 Det har løsning B = 0, A = 2, så svaret er ( ) ( ) y1 2 = e 5t 2 y 2 Altså er y 1 = y 2, og siden e 5t når t will begge funksjonene gå mot uendelig når t. 2. Denne kodesnutten bruker Newtons metode til å finne en tilnærmet løsning til ligningen xe x2 = 0. 1- x = 1 2- feilgrense = 0.00001 3- while ( abs(x*exp(-x^2)) > feilgrense) 4- x = x - (x*exp(-x^2)) / (exp(-x^2)-2*x^2*exp(-x^2)) 5- end (a) Forklar hva som skjer i løkken. )

Svar: x oppdateres til nullpunktet til funksjonens tangent i forrige x, altså til verdien x f(x)/f (x) der f(x) = xe x2. (b) Kjøring av kodesnutten gir x = 3,5982. Men funksjonen har bare ett nullpunkt, nemlig x = 0. Forklar hva som har skjedd! Svar: Vi er bare garantert at Newtons metode finner nullpunktet når vi starter tilstrekkelig nær punktet. Her starter vi for langt vekke, og det som skjer er at metoden får oss til større og større x-er. Siden lim x xe x2 = 0 vil vi få en funksjonsverdi som er nær null selv om vi ikke er i nærheten av et nullpunkt. (c) Modifiser kodesnutten til å finne en tilnærmet løsning til cos(3 x) = 4x 2 2 Svar: Som mellomregning setter vi alt over på den ene siden og deriverer: f(x) = cos(3 x) 4x 2 + 2 har nullpunkter som svarer til løsninger av ligningen. Nå er Vi setter dette inn i oppsettet: f (x) = 3 sin(3 x) 2 x 8x 1- x = 1 2- feilgrense = 0.00001 3- while ( abs(cos(3*sqrt(x))-4*x^2+1)) > feilgrense) 4- x = x - cos(3*sqrt(x))-4*x^2+1)/(-3*sin(3*sqrt(x))/(2*sqrt(x)) -8*x) 5- end 3. (a) Løs ligningssystemet 4x 6y = 2 8x + 6y = 1 Svar: ( ) x = y ( ) 1/4 1/2 (b) Løs ligningssystemet 2x + 4y + 3z = 14 4x + 8y + z = 8 2

Svar: Gausseliminasjon på totalmatrisen viser at y er en fri parameter, og den generelle løsningen er x 1 2 y = 0 + y 1 z 4 0 (c) i). Ved å bruke MATLAB-kommandoen rref på totalmatrisen til ligningssystemet får vi 2x 1 + x 2 + 6x 3 + 2x 4 + x 5 = 7 3x 1 2x 2 + 2x 3 5x 5 = 0 3x 2 + 6x 3 + x 4 + 4x 5 = 9 x 1 + x 2 + 4x 3 + x 4 + x 5 = 5 1 0 2 0 1 2 0 1 2 0 1 3 0 0 0 1 1 0 0 0 0 0 0 0 Skriv opp løsningen på ligningssystemet. ii). Ved å bruke MATLAB-kommandoen rref på totalmatrisen til ligningssystemet får vi 2x 1 + x 2 + 6x 3 + 2x 4 + x 5 = 4 3x 1 2x 2 + 2x 3 5x 5 = 0 3x 2 + 6x 3 + x 4 + 4x 5 = 4 x 1 + x 2 + 4x 3 + x 4 + x 5 = 5 1 0 2 0 1 0 0 1 2 0 1 0 0 0 0 1 1 0 0 0 0 0 0 1 Skriv opp løsningen på ligningssystemet. (Merk at høyresiden i den siste ligningen er forandret fra forrige deloppgave.) Svar: På i) er x 3 og x 5 frie parametre, og den generelle løsningen er x 1 2 2 1 x 2 x 3 x 3 = 3 0 0 + x 2 3 1 0 + x 1 5 0 1 x 5 0 0 1 3

På ii) er den siste ligningen 0 = 1, så systemet er inkonsistent: Det er ingen løsning. 4. I denne kodesnutten, som skal løse startverdiproblemet y = 3ye x2 4 sin(x), y(0) = 2 over intervallet [0, 1] ved Eulers metode, er det tre ufullstendige kodelinjer. 1- deltax = 0.01; 2- N = 100; 3- x(1) = 0; 4- y(1) = [Fyll inn] 5- for i = 2:N 6- x(i) = [Fyll inn] 7- y(i) = [Fyll inn] 9- plot(x,y) (a) Fyll inn de tre ufullstendige kodelinjene. Svar: 1- deltax = 0.01; 2- N = 100; 3- x(1) = 0; 4- y(1) = 2; 5- for i = 2:N 6- x(i) = x(i-1) + deltax 7- y(i) = y(i-1) + deltax*(3*y(i-1)*exp(x(i-1)^2) -4*sin(x(i-1))); 9- plot(x,y) (b) Skriv et program som løser startverdiproblemet y = x 4y cos x, y(2) = 7 ved Newtons metode, over intervallet [2, 5]. Bruk også her deltax = 0.01. Svar: Merk at det er trykkfeil i oppgaven, det skal være Eulers metode. Her er programmet: 1- deltax = 0.01; 2- N = 300; 3- x(1) = 2; 4- y(1) = 7; 4

5- for i = 2:N 6- x(i) = x(i-1) + deltax; 7- y(i) = y(i-1) + deltax*(x(i-1)/(4*y(i-1)-cos(x(i-1)))); 9- plot(x,y) (c) Skriv et program som løser startverdiproblemet y = cos(y) y + xy, y(0) = 4, y (0) = 2 over intervallet [0, 2] ved Eulers metode. Bruk igjen deltax = 0.01. Svar: Vi innfører z = y slik at ligningen blir omformet til y = z z = cos(y) z + xy med startverdier y(0) = 4 z(0) = 2 Vi får da programmet 1- deltax = 0.01; 2- N = 200; 3- x(1) = 0; 4- y(1) = 4; 5- z(1) = -2; 6- for i = 2:N 7- x(i) = x(i-1) + deltax; 8- y(i) = y(i-1) + deltax*z(i-1); 9- z(i) = z(i-1) + deltax*(cos(y(i-1))*z(i-1)+x(i-1)*y(i-1)); 10-end 5. Denne kodesnutten bruker trapesmetoden for å finne en tilnærmet verdi til 6 4 1 ln(ln x) dx. 1- n = 100; 2- a = 4; 3- b = 6; 4- Deltax = (b-a)/n 5- integralet = 1/log(log(a)); 6- for x = a + Deltax:Deltax:b - Deltax 7- integralet = integralet + 2 * 1/log(log(x)); 9- integralet = integralet + 1/log(log(b)); 10- integralet = Deltax*integralet/2 5

(a) Forklar hva som skjer i kodelinjene 5,7 og 9. Svar: I trapesmetoden summerer vi opp arealene til mange trapeser basert på funksjonsverdiene i de valgte x-punktene. De to x-verdiene i endene, som brukes i linje 5 og 9, er bare med i et trapes hver, mens resten er både venstre og høyre endestolpe i trapeser, og må derfor tas med to ganger. Det siste skjer i linje 7. Dermed passer det med formelen b a f(x) dx x f(a) + 2(f(a + x ) + f(a + 2 x ) + + f(b x )) + f(b) 2 (b) Modifiser programmet (bruk fortsatt n = 100) til å finne en tilnærmet verdi til 3 e sin x dx. 2 Svar: 1- n = 100; 2- a = -2; 3- b = 3; 4- Deltax = (b-a)/n 5- integralet = exp(sin(a)); 6- for x = a + Deltax:Deltax:b - Deltax 7- integralet = integralet + 2 * exp(sin(x)); 9- integralet = integralet + exp(sin(b)); 10- integralet = Deltax*integralet/2 (c) Kjøring av kodesnutten i forrige punkt gir, om du har gjort det korrekt, 3 2 esin x dx = 5,850623. Hvor mange desimaler er rett? Det er oppgitt at feilen ved trapesmetoden er begrenset av K (b a)/12n 2 om f (x) K for alle x i integrasjonsintervallet. Hint: Forklar hvorfor du kan bruke K = 2e. Svar: Ved å derivere to ganger finner vi at f (x) = (cos(x)e sin x ) = cos 2 (x)e sin x sin(x)e sin x Vi ser da, siden sinus og cosinus ligger mellom 1 og 1, at f (x) = cos 2 (x)e sin x sin(x)e sin x 1 e 1 + 1 e 1 = 2e = K Det følger at feilen er begrenset av K b a 12n = 2e 5 2,265 2 10 4 12 1002 Dermed ligger det korrekte svaret mellom omtrent 5,8503 og 5,8509, så 5,850 er korrekt men det siste sifferet skal kanskje rundes til 1. 6