Forelesning Matematikk 4N

Like dokumenter
Forelesning Matematikk 4N

13.1 Fourierrekker-Oppsummering

TMA4120 Matematikk 4K Høst 2015

Potensrekker Forelesning i Matematikk 1 TMA4100

Potensrekker Forelesning i Matematikk 1 TMA4100

Løsningsforslag eksamen i TMA4123/25 Matematikk 4M/N

Eksamensoppgave i TMA4135 Matematikk 4D: Løysing

TMA4135 Matematikk 4D Høst 2014

Konvergenstester Forelesning i Matematikk 1 TMA4100

Konvergenstester Forelesning i Matematikk 1 TMA4100

Potensrekker Forelesning i Matematikk 1 TMA4100

2 Fourierrekker TMA4125 våren 2019

Derivasjon Forelesning i Matematikk 1 TMA4100. Hans Jakob Rivertz Institutt for matematiske fag 2. september 2011

MA1102 Grunnkurs i analyse II Vår 2019

Andre forelesning Forelesning i Matematikk 1 TMA4100

(s + 1) s(s 2 +2s+2) : 1 2 s s + 2 = 1 2. s 2 + 2s cos(t π) e (t π) sin(t π) e (t π)) u(t π)

TMA4100 Matematikk 1 for MTDESIG, MTIØT-PP, MTMART og MTPROD høsten 2010

UNIVERSITETET I BERGEN

TMA4123/TMA4125 Matematikk 4M/4N Vår 2013

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

Første og andrederivasjons testen Anvendt optimering Forelesning i Matematikk 1 TMA4100

TMA4100 Matematikk 1, høst 2013

TMA4100 Matematikk 1, høst 2013

Grenser III - rasjonale funskjoner Forelesning i Matematikk 1 TMA4100

Løsningsforslag for eksamen i brukerkurs i matematikk A (MA0001)

Ekstremverdier Mellomverdisatsen Forelesning i Matematikk 1 TMA4100

TMA4120 Matte 4k Høst 2012

Velkommen til oversiktsforelesninger i Matematikk 1. med Jørgen Endal

arbeid - massesenter - Delvis integrasjon Forelesning i Matematikk 1 TMA4100

TMA4100 Matematikk 1, høst 2013

Oppfriskningskurs i matematikk 2008

UNIVERSITETET I BERGEN

TMA Matematikk 4D Fredag 19. desember 2003 løsningsforslag

Newtons metode - Integrasjon Forelesning i Matematikk 1 TMA4100

Volum Lengde Areal Forelesning i Matematikk 1 TMA4100

Løsningsforslag, Ma-2610, 18. februar 2004

Areal mellom kurver Volum Forelesning i Matematikk 1 TMA4100

Funksjoner Forelesning i Matematikk 1 TMA4100. Hans Jakob Rivertz Institutt for matematiske fag 18. august 2011

Funksjoner Forelesning i Matematikk 1 TMA4100. Hans Jakob Rivertz Institutt for matematiske fag 19. august 2010

1 Mandag 1. februar 2010

= x lim n n 2 + 2n + 4

TMA4100 Matematikk 1, høst 2013

Kontinuitet og derivasjon Forelesning i Matematikk 1 TMA4100

EKSAMEN. Om eksamen. EMNE: MA2610 FAGLÆRER: Svein Olav Nyberg, Morten Brekke. Klasser: (div) Dato: 18. feb Eksamenstid:

Eksamen i TMA4123/TMA4125 Matematikk 4M/4N

Matematikk 1 (TMA4100)

TMA4100 Matematikk 1, høst 2013

Fourieranalyse. Fourierrekker på reell form. Eksempel La. TMA4135 Matematikk 4D. En funksjon sies å ha periode p > 0 dersom

Areal - difflikninger - arbeid Forelesning i Matematikk 1 TMA4100

Funksjoner Forelesning i Matematikk 1 TMA4100. Hans Jakob Rivertz Institutt for matematiske fag 19. august 2011

EKSAMEN I TMA4120 MATEMATIKK 4K, LØSNINGSFORSLAG

Oppsummering TMA4100. Kristian Seip. 26./28. november 2013

Derivasjon ekstremverdier Forelesning i Matematikk 1 TMA4100

Løsningsforslag i matematikk

Løsningsforslag eksamen R2

Løsningsforslag Eksamen i MA1102/MA6102 Grunnkurs i analyse II 17/

TMA4100 Matematikk1 Høst 2008

Løsningsforslag: Eksamen i MAT111 - Grunnkurs i Matematikk I

Derivasjon Forelesning i Matematikk 1 TMA4100. Hans Jakob Rivertz Institutt for matematiske fag 30. august 2011

En (reell) funksjon f fra en (reell) mengde D er en regel som til hvert element x D tilordner en unik verdi y = f (x).

MAT jan jan feb MAT Våren 2010

Kap 5 Laplace transformasjon. La f(t) være definert for t 0. Laplace transformasjonen er. F (s) = f(t)e st dt (1)

MA1101 Grunnkurs Analyse I Høst 2017

Eksamen i TMA4123/TMA4125 Matematikk 4M/N

Eksamensoppgave i TMA4135 Matematikk 4D

Følger og rekker. Department of Mathematical Sciences, NTNU, Norway. November 10, 2014

LØSNINGSFORSLAG EKSAMEN MATEMATIKK 4N,

The full and long title of the presentation

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

MA1102 Grunnkurs i Analyse II Vår 2015

TMA4100 Matematikk 1 Høst 2014

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

Oppsummering TMA4100. Kristian Seip. 17./18. november 2014

TMA4100 Matematikk 1 Høst 2014

TMA4120 Matte 4k Høst 2012

Matematikk 1. Oversiktsforelesning. Lars Sydnes November 25, Institutt for matematiske fag

UNIVERSITETET I BERGEN Det matematisk-naturvitenskapelige fakultet. Eksamen i MAT111 Grunnkurs i matematikk I Løsningsforslag

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

Sammendrag R mai 2009

Løsningsforslag til Eksamen i MAT111

Fasit til utvalgte oppgaver MAT1100, uka 15/11-19/11

Eksamen i TMA4122 Matematikk 4M

TMA4100 Matematikk 1, høst 2013

Fremdriftplan. Siste uke. I dag. Kap. 1 Funksjoner Grenseverdier

R2 Eksamen V

TMA4100 Matematikk 1, høst 2013

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

Eksamensoppgave i TMA4125 Matematikk 4N

MAT jan jan jan MAT Våren 2010

NTNU. TMA4100 Matematikk 1 høsten Løsningsforslag - Øving 5. Avsnitt Vi vil finne dx ( cos t dt).

Fouriersyntese av lyd

Eksamen i emnet M117 - Matematiske metodar Onsdag 7. september 2001, kl Løysingsforslag:

x 3 x x3 x 0 3! x2 + O(x 7 ) = lim 1 = lim Denne oppgaven kan også løses ved hjelp av l Hôpitals regel, men denne må da anvendes tre ganger.

Velkommen til eksamenskurs i matematikk 1

1.1.1 Rekke med konstante ledd. En rekke med konstante ledd er gitt som. a n (1) n=m

Oppfriskningskurs i matematikk 2007

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.

Løsningsforslag til Mat112 Obligatorisk Oppgave, våren Oppgave 1

Eksamen IRF30014, våren 16 i Matematikk 3 Løsningsforslag

Figur 1: Volumet vi er ute etter ligger innenfor de blå linjene. Planet som de røde linjene ligger i deler volumet opp i to pyramider.

Transkript:

Forelesning Matematikk 4N Hans Jakob Rivertz Institutt for matematiske fag 11. september 2006

2 Den høyrederiverte og venstrederiverte Definisjon Den høyrederiverte til en funksjon f(x) i punktet x er definert ved grenseverdien f(x + h ) f(x + 0) lim h 0 h Eksempel: Den høyrederiverte til f(x) = x i punktet 0 er f(0 + h ) f(0) h 0 lim = lim = 1 h 0 h h 0 h

3 Den høyrederiverte og venstrederiverte Definisjon Den venstrederiverte til en funksjon f(x) i punktet x er definert ved grenseverdien f(x h ) f(x 0) lim h 0 h Eksempel: Den venstrederiverte til f(x) = x i punktet 0 er f(0 h ) f(0) h 0 lim = lim = 1 h 0 h h 0 h

4 Konvergens av fourierrekker La f(x) være en periodisk funksjon med periode p = 2π. Anta at integralene i Euler-formelene under eksisterer a 0 = 1 2π π Vi ønsker å vite når π f(x)dx, a n = 1 π b n = 1 π f(x) = a 0 + π π π π f(x) sin nxdx f(x) cos nxdx (a n cos nx + b n sin nx). (1) n=1 Om (1) holder så sier vi at summen på H.S. konvergerer mot f(x).

5 Konvergens av fourierrekker Teorem Hvis en periodisk funksjon f(x) med periode p = 2π 1. er stykkvis kontinuelig på intervallet π x π 2. har venstrederivert og høyrederivert i hvert punkt i intervallet Da gjelder a) fourierrekken til f(x) er konvergent, b) dens sum er lik f(x) for alle x bortsett fra i sprangene til f(x). c) I sprangene er summen gjennomsnittet av høyre og venstre grenseverdi til f(x).

6 Konvergens av fourierrekker Eksempel: Firkantbølgen { k π x 0 f(x) = ; f(x + 2π) = f(x). k 0 x π k f(x) 3π 2π π π 2π 3π k x

k f(x) 3π 2π π π 2π 3π k x Firkantbølgen har fourier rekken f(x) = 4k { } sin 3x sin 5x sin 7x sin x + + + + π 3 5 7 Fra teoremet har vi at summen konvergerer til f(x) for alle x bortsett fra i sprangene.

k f(x) 3π 2π π π 2π 3π k x Sprangene til firkantbølgen er i punktene x = mπ for et hvert heltall m =..., 2, 1, 0, 1, 2,.... I sprangene er hvert ledd i fourierrekken til firkantbølgen lik 0 siden sin x, sin 3x,... etc. er lik null for x =..., 2π, π, 0, π, 2π,.... Dette stemmer med punkt c) i teoremet.

9 Funksjoner med periode p = 2L I kapittel 10.1 så vi på periodiske funksjoner med periode p = 2π. Dette var for enkelthets skyld. Legg merke til at funksjonenene 1, sin π L x, sin π L x, cos 2π L x, sin 2π L x,..., cos nπ L x, sin nπ L x,...,... alle er av periode 2L. Dette motiverer følgende definisjon:

10 Funksjoner med periode p = 2L Definisjon Fourierrekken til en funksjon f(x) med periode p = 2L er gitt ved a 0 + n=1 {a n cos nπ L x + b n sin nπ L x }.

11 Eulerlikningene Setning Fourierkoeffisientene til f(x) er gitt ved Eulerlikningene a 0 = 1 2L a n = 1 L b n = 1 L L L L L L L f(x)dx f(x) cos nπ L xdx f(x) sin nπ L xdx

12 Eksempel Eksempel: Finn fourierrekken til den periodiske funksjonen { x 1 < x < 0 f(x) = x 0 < x < 1 med periode p = 2 = 2L med L = 1. f(x) 3 2 1 1 2 3 x Figur: f(x)

13 Eksempel Løsning: Vi finner først a 0 : a 0 = 1 2 1 1 f(x)dx = 1 { 0 1 } ( x)dx + xdx 2 1 0 = 1 [ 1 ] 0 2 2 x2 + 1 [ ] 1 1 1 2 2 x2 0 ( 0 + 12 + 12 ) 0 = 1 2 = 1 2

14 Eksempel Vi finner så a n for n = 1, 2,...: a n = 1 1 f(x) cos nπxdx = [ x 1 sin nπx + nπ n 2 π ] = [ 0 + 1 n 2 π 2 0 1 ] 0 cos nπx 2 + [ 0 + 1 [ 0 + 1 n 2 π 2 x cos nπxdx + [ x + nπ 1 1 sin nπx + 1 n 2 π ] n 2 cos nπ π2 ] = 2 ( 1)n 1 n 2 π 2 0 x cos nπxdx ] 1 cos nπx 2 [ + 0 + 1 n 2 cos nπ π2 ] 0

15 Eksempel Vi finner b n for n = 1, 2,... på tilsvarende måte: b n = 1 1 f(x) sin nπxdx = [ = x nπ [ + x nπ 0 1 x sin nπxdx + cos nπx + 1 n 2 π 2 sin nπx 1 0 ] 0 1 ] 1 x sin nπxdx = 1 cos nπx + n 2 sin nπx π2 0 [ = [ 0 + 0] + 1 ] cos nπ + 0 nπ [ + 1 ] cos nπ + 0 [ 0 + 0] = 0 (2) nπ

16 Eksempel Dvs at a 0 = 1 2, a n = 0 for jevne n > 1, a n = 4 b n = 0 for alle n > 0. n 2 π 2 for odde n og 0.3 0.25 0.2 0.15 0.1 0.05 0.3 0.2 0.1 0 0.1 0.2 0.3 x Figur: Fourierrekken til f(x)

17 Jevne og Odde funksjoner Definisjon En funksjon f(x) er jevn hvis f( x) = f(x) for alle x. Eksempel: Funksjonen cos x er jevn: cos( x) = cos x.

18 Jevne og Odde funksjoner Definisjon En funksjon g(x) er odde hvis g( x) = g(x) for alle x. Eksempel: Funksjonen sin x er odde: sin( x) = sin x.

19 Jevne og Odde funksjoner Setning Endel fakta om odde og jevne funksjoner Om f(x) er en jevn funksjon så er L L f(x)dx = 2 L 0 f(x)dx Om g(x) er en odde funksjon så er L L g(x)dx = 0

20 Jevne og Odde funksjoner Produktet av en odde og en jevn funksjon er odde. Produktet av to odde funksjoner er jevn. Produktet av to jevne funksjoner er jevn. Om h(x) er en vilkårlig funksjon så er a) h(x) + h( x) en jevn funksjon b) h(x) h( x) en odde funksjon

21 Jevne og Odde funksjoner Setning Enhver funksjon kan skrives som en sum av odde og jevne funksjoner Bevis: La f(x) være en vilkårlig funksjon. Definer f + (x) = 1 2 (f(x) + f( x)) og f (x) = 1 2 (f(x) f( x)). Da er f + (x) + f (x) = f(x). Videre er f + ( x) = f + (x) og f ( x) = f (x).

22 Jevne og Odde funksjoner Teorem Fourierrekken av en jevn funksjon med periode p = 2L er en fourier-cosinusrekke med koeffisienter a 0 = 1 L for n = 1, 2,.... L 0 f(x) = a 0 + a n cos nπ L x, n=0 f(x)dx og a n = 2 L L 0 f(x) cos nπ L xdx

23 Jevne og Odde funksjoner Teorem Fourierrekken av en odde funksjon med periode p = 2L er en fourier-sinusrekke f(x) = b n sin nπ L x, med koeffisieneter n=0. b n = 2 L L 0 f(x) sin nπ L xdx

24 Jevne og Odde funksjoner Teorem Fourierkoeffisientene til summen av to periodiske funksjoner er summen av fourierkoeffisientene til hver av funksjonene. Eksempel: Finn fourier rekken til en rektangulær bølge. La f(x) være gitt ved { 0 π < x < 0 f(x) = 2k 0 < x < π 2k f(x) 3π 2π π π 2π 3π x www.ntnu.no Figur: Rektangulær puls H.J. Rivertz, TMA 4130