MA1102 Grunnkurs i analyse II Vår 2014

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

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

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

= x lim n n 2 + 2n + 4

Alle svar skal grunngis. Alle deloppgaver har lik vekt.

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

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.

Løsningsforslag MAT102 Vår 2018

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

EKSAMEN Løsningsforslag

UNIVERSITETET I OSLO

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

MA0002 Brukerkurs i matematikk B Vår 2016

UNIVERSITETET I OSLO

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

UNIVERSITETET I OSLO

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

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

UNIVERSITETET I OSLO

Løsningsforslag, midtsemesterprøve MA1101, 5.oktober 2010

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

TDT4110 IT Grunnkurs Høst 2012

Høgskolen i Agder Avdeling for realfag EKSAMEN

UNIVERSITETET I OSLO

Høgskolen i Oslo og Akershus. i=1

a) f(x) = 3 cos(2x 1) + 12 LF: Vi benytter (lineær) kjerneregel og får f (x) = (sin(7x + 1)) (sin( x) + x) sin(7x + 1)(sin( x) + x) ( sin(x) + x) 2 =

UNIVERSITETET I OSLO

Løsningsforslag. og B =

TMA4100 Matematikk 1 Høst 2014

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

9 + 4 (kan bli endringer)

Fasit MAT102 juni 2016

Newtons metode - Integrasjon Forelesning i Matematikk 1 TMA4100

Løsningsforslag. og B =

TMA4100 Matematikk 1 Høst 2014

Matematikk 1000, 2012/2013. Eksamensaktuelle numerikk-oppgåver

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

2 = 4 x = x = 3000 x 5 = = 3125 x = = 5

UNIVERSITETET I OSLO

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

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

Forkurs, Avdeling for Ingeniørutdanning

UNIVERSITETET I OSLO

Løsningsforslag AA6526 Matematikk 3MX Privatister 3. mai eksamensoppgaver.org

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

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

TMA4100 Matematikk 1 Høst 2012

UNIVERSITETET I OSLO

Løsningsforslag eksamen i TMA4100 Matematikk desember Side 1 av 7

BYFE/EMFE 1000, 2012/2013. Numerikkoppgaver uke 40

UNIVERSITETET I OSLO

UNIVERSITETET I OSLO

Matematikk Eksamensaktuelle numerikk-oppgåver

MAT jan jan feb MAT Våren 2010

Løsningsforslag: Eksamen i MAT111 - Grunnkurs i Matematikk I

Emnenavn: Eksamenstid: Faglærer: Christian F Heide

UNIVERSITETET I OSLO

MA1102 Grunnkurs i analyse II Vår 2019

Viktig informasjon. Taylorrekker

Matematikk Øvingsoppgaver i numerikk leksjon 6 Løsningsforslag

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

Matematikk Øvingsoppgaver i numerikk leksjon 5. Løsningsforslag

Løsningsforslag, eksamen MA1101/MA

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

TMA4100 Matematikk1 Høst 2009

Eksamen R2 Høsten 2013 Løsning

Prøve i FO929A - Matematikk Dato: 15. november 2012 Hjelpemiddel: Kalkulator

TMA4100 Matematikk1 Høst 2008

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

UNIVERSITETET I OSLO

UNIVERSITETET I OSLO

Løsningsforslag. f(x) = 2/x + 12x

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

Matematikk Øvingsoppgaver i numerikk leksjon 6 Løsningsforslag

Eksamensoppgave i MA1101 Grunnkurs i analyse

Potensrekker Forelesning i Matematikk 1 TMA4100

eksamensoppgaver.org 4 lg(x 3) = 2 10 lg(x 3) = 10 2 x 3=100 x = 103 tan x = 3 x [0, 360 x = arctan( 3) x = arctan(3)

Eksamensoppgave i TMA4320 Introduksjon til vitenskapelige beregninger

eksamensoppgaver.org x = x = x lg(10) = lg(350) x = lg(350) 5 x x + 1 > 0 Avfortegnsskjemaetkanvileseatulikhetenstemmerfor

Matematikk Øvingsoppgaver i numerikk leksjon 7 Løsningsforslag

Løsningsforslag eksamen MAT111 Grunnkurs i Matematikk I høsten 2009

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

Deleksamen i MAT111 - Grunnkurs i Matematikk I

Innlevering i matematikk Obligatorisk innlevering nr. 4 Innleveringsfrist: 21. januar 2010 kl Antall oppgaver: 4.

MA1101 Grunnkurs Analyse I Høst 2017

UNIVERSITETET I BERGEN

SIF5003 Matematikk 1, 5. desember 2001 Løsningsforslag

Løsningsforslag. Avgjør om følgende rekker konvergerer. Finn summen til de rekkene som konvergerer. a) 2 2n /3 n

Løsningsforslag for Eksamen i Matematikk 3MX - Privatister - AA eksamensoppgaver.org

Viktig informasjon. Taylorrekker

Løsningsforslag: Eksamen i Brukerkurs for informatikere MA 0003, onsdag 30. november 2005

Lsningsforslag ved Klara Hveberg Lsningsforslag til utvalgte oppgaver i kapittel 8 I kapittel 8 er integrasjon og integrasjonsteknikker det store tema

Løsningsforslag AA6524/AA6526 Matematikk 3MX Elever/Privatister - 7. desember eksamensoppgaver.org

Løsningsforslag. Innlevering i BYFE/EMFE 1000 Oppgavesett 1 Innleveringsfrist: 14. september klokka 14:00 Antall oppgaver: 3.

Ma-1410: Analyse, Obligatorisk øvelse 2, høsten løsningsforslag

Nicolai Kristen Solheim

Løsningsforslag for eksamen i brukerkurs i matematikk A (MA0001)

Løsningsforslag til utvalgte oppgaver i kapittel 5

Eksamen R2, Høst 2012, løsning

Transkript:

Norges teknisknaturvitenskapelige universitet Institutt for matematiske fag MA Grunnkurs i analyse II Vår 4 Løsningsforslag Øving 9 7.3.b Med f() = tan +, så er f () = cos () på intervallet ( π/, π/). Her = kun for =. Dermed kan vi maksimalt ha ett nullpunkt. Vi ser også at er cos () f() går mot minus uendelig i venstre endepunkt, og mot pluss uendelig i høyre endepunkt. Dermed vil vi ha et nullpunkt ved skjæringssetningen siden funksjonen vår er kontinuerlig. Ved å tegne en graf ser man at løsningen er ca. Dermed velger vi =. Newtons metode blir n+ = n tan n + n cos (. n) Ved å iterere får man =.8473, =.38635, 3 =.3378, 4 =.3678, 5 =.3677, 6 =.3677. Siden de sju første desimalene gjentar seg så kan vi med tommelngerregelen si at disse sju desimalene antakeligvis er korrekte (her er sju desimaler valgt tilfeldig siden oppgaven ikke ber om en gitt presisjon). Hvis man har en kalkulator med Ans-funksjon (vet ikke om de tillatte kalkulatorene har det nå), så kan man gjøre følgende: Skriv først inn startverdien og trykk på = slik at verdien lagres. Skriv så inn uttrykket for Newtons metode med Ans istedenfor n. Da kan du bare trykke på = for å gjøre en iterasjon istedenfor å bytte ut tallene hver gang. 7.3.4 a) Vi skal vise at funksjonen f() = 5 + 7 3 har nøyaktig ett nullpunkt i intervallet (, ). Siden f() = og f() = 68, sier skjæringssetningen at f har minst ett nullpunkt i intervallet (, ). Den deriverte av f er f () = 5 4 +. Siden f () > for alle i intervallet (, ), er f strengt voksende på intervallet, og den kan dermed ikke ha mer enn ett nullpunkt. Til sammen betyr dette at f har nøyaktig ett nullpunkt i intervallet (, ). b) Vi skal nne en tilnærmet verdi for nullpunktet til funksjonen f fra (a) ved å bruke tre iterasjoner av Newtons metode. Rekursjonsformelen blir i dette tilfellet n+ = n f( n) f ( n ) = n 5 n + 7 3 n 5 4 n + n Vi velger et startpunkt i intervallet (, ). Vi kan for eksempel velge =.5; da får vi.3454.386 3.379 8. mars 4 Side av 5

Tilnærmingen vår er altså.379. (Vi kan sjekke at vi har fått en ganske god tilnærming til nullpunktet ved å beregne f(.379) og se at det blir et tall som er nær.) 7.3.8 a) Vi skal vise at likningen ln = har nøyaktig én løsning. Vi kan først observere at hvis skal være en løsning av likningen, så må være større enn, i og med at ln opptrer i likningen. Vi kan videre se at er en løsning av likningen ln = hvis og bare hvis er et nullpunkt for funksjonen g() = ln Det holder altså å vise at denne funksjonen har nøyaktig ett nullpunkt. Siden g() = < og g(e) = e >, sier skjæringssetningen at g har minst ett nullpunkt. Den deriverte av g er g () = + Siden g () > for alle, er g strengt voksende overalt, og dermed har g maksimalt ett nullpunkt. Vi har vist at funksjonen g har nøyaktig ett nullpunkt, og dermed har likningen vår nøyaktig én løsning. b) Vi skal nne en tilnærming til løsningen av likningen i (a) ved å bruke Newtons metode. Vi skal starte med =.5 og utføre to iterasjoner. Vi denerer funksjonen f til å være f() = ln. Da er en løsning av likningen det samme som et nullpunkt for f. Den deriverte av f er f () = ln +, og rekursjonsformelen for Newtons metode blir Når vi starter med =.5 får vi n+ = n f( n) f ( n ) = n ln ln +.7788.7633 Tilnærmingen vår til løsningen av likningen er dermed.7633. Vi skal nne ut om denne er for stor eller for liten. Vi kan bruke funksjonen g som vi denerte i deloppgave (a). Vi vet at denne funksjonen er stigende overalt, og vi ser at vi har g(.7633) >. Dette betyr at tilnærmingen vår er for stor. 8. mars 4 Side av 5

Oppgave fra øvingsteksten a) Vi skal bruke trapesmetoden med re delintervall til å nne en tilnærmet verdi for integralet e t dt og gi et overslag over feilen i tilnærmingen. La funksjonen g være integranden i integralet vårt, altså g(t) = e t. Vi skal dele intervallet [, ] i re, og får dermed punktene t = t = 4 t = t 3 = 3 4 t 4 = Lengden t av hvert delintervall blir 4. Tilnærmingen vår blir dermed e t dt t (g(t ) + g(t 4 ) + ( g(t ) + g(t ) + g(t 3 ) )) = /4.7498. ( ( ) ( ) ( ( ( ( 3 g + g + g + g + g 4) ) 4)) ) For å nne ut hvor stor feilen i tilnærmingen vår kan være, bruker vi feilestimatet fra side 48, som sier at feilen er ( ) 3 g (c) 4 for en c i intervallet [, ]. Vi må først regne ut de deriverte av g; de er g () = e, g () = (4 )e, g () = ( 8 )e. Vi ser at g () på intervallet [, ], så g () blir størst enten i eller. Den er størst i, så vi har g (t) g ( ) = for alle t [, ]. Dette kan vi bruke til å nne en øvre grense for absoluttverdien av feilen: ( ) 3 g (c) 4 4.4. Feilen i tilnærmingen vår er altså maksimalt.4 (og mange av desimalene vi ga i tilnærmingen til integralet er dermed usikre). b) Vi trenger her å nne Taylor-rekken til e først. Ifølge Eksempel.8.4 har man at Da nner vi at f() = e t dt = e = ( ) n n ( ) n tn n!. n! dt = ( ) n n+ n!(n + ) ved Setning.7., og dette er Taylor-rekken til f ved Setning.8.3. Dermed har vi at f() = ( ) n n!(n + ). 8. mars 4 Side 3 av 5

Dette er en alternerende rekke, og vi skal regne den ut med feil mindre enn.4. For alternerende rekker har vi at s s n a n+ ved.3. (Test for alternerende rekker). Ved å prøve oss fram ser vi at n!(n+) <.4 for n = 4, så vi trenger bare å ta med ledd til n = 3. Tilnærmingen blir da f() 3 + 4.749. Igjen vil mange av desimalene antakeligvis være feil her. Utregning på datamaskin (med mye høyere presisjon) gir at integralet er ca.7468. 8.7.8 Vi skal bruke Simpsons metode til å beregne integralet med nøyaktighet bedre enn 4. 3 sin La funksjonen f være integranden i integralet vårt, altså d f() = sin For å få kontroll på nøyaktigheten, bruker vi feilestimatet fra side 48 i boken. Det sier at hvis vi deler opp intervallet [, 3] i n delintervaller, så er feilen lik for en c [, 3]. (3 ) 5 f (4) (c) 88n 4 Vi må altså begynne med å nne den fjerdederiverte av f. Det går helt nt å gjøre dette på vanlig måte, ved å først regne ut f, f og f. Dette blir imidlertid ganske mye jobb. En mer eektiv metode er å bruke produktregelen for den n-tederiverte. Denne sier at hvis g og h er funksjoner, så er den n-tederiverte av produktet gh gitt ved n ( ) n (gh) (n) () = g (k) () h (n k) (). k k= Vi kan denere funksjonene g og h til å være g() = sin og h() = Da er f = gh. Vi nner først de nødvendige deriverte av funksjonene g og h: g () () = sin g () () = cos g () () = sin g (3) () = cos g (4) () = sin h () () = h () () = h () () = 3 h (3) () = 6 4 h (4) () = 4 5 Vi setter inn disse i formelen for den fjerdederiverte av produktet gh, og får 4 ( ) 4 f (4) () = (gh) (4) () = g (k) () h (4 k) () k k= = (sin ) 4 5 + 4(cos ) ( 6 4 ) + 6( sin ) 3 + 4( cos ) ( ) + (sin ) = (4 + 4) sin + (4 3 4) cos 5 8. mars 4 Side 4 av 5

Siden feilestimatet inneholder f (4) (c) for en ukjent c, forsøker vi å nne ut hvor stor absoluttverdien av f (4) () maksimalt kan bli. Siden sin og cos for alle, får vi f (4) 4 + 4 + 4 3 4 () Vi kan videre benytte at / 5 / 5 for [, 3], så f (4) () 5 ( 4 + 4 + 4 3 4 ) Hvis vi undersøker polynomene 4 + 4 og 4 3 4, nner vi ut at den største absoluttverdien de tar er henholdsvis og 36 på intervallet [, 3] (på det første polynomet kan man ta u = ). Dermed er 5 f (4) () 48 = 3/ 5 Nå kan vi bruke dette til å nne en øvre grense for absoluttverdien av feilen. Vi får (3 ) 5 f (4) (c) 88n 4 3/ 88n 4. For å få god nok nøyaktighet, vil vi ha 3/ 88n 4 < 4 Ved å teste forskjellige verdier for n, ser vi at n = er tilstrekkelig. Vi vil altså bruke Simpsons metode med n =. Da skal vi dele intervallet [, 3] i re delintervaller. Vi får punktene = =.5 =.5 3 =.75 4 = 3, og lengden av hvert delintervall er =.5. Da gir Simpsons metode tilnærmingen 3 sin d ( f( ) + 4 f( ) + f( ) + 4 f( 3 ) + f( 4 ) ) 3 =.5 3 (f() + 4 f(.5) + f(.5) + 4 f(.75) + f(3) ).43. 8. mars 4 Side 5 av 5