Universitetet i Bergen Det matematisk-naturvitenskapelige fakultet Eksamen i emnet Mat131 - Differensiallikningar I Onsdag 25. mai 2016, kl.

Like dokumenter
UNIVERSITETET I OSLO

UNIVERSITETET I OSLO ØKONOMISK INSTITUTT

Mathematics 114Q Integration Practice Problems SOLUTIONS. = 1 8 (x2 +5x) 8 + C. [u = x 2 +5x] = 1 11 (3 x)11 + C. [u =3 x] = 2 (7x + 9)3/2

UNIVERSITETET I OSLO ØKONOMISK INSTITUTT

UNIVERSITETET I OSLO ØKONOMISK INSTITUTT

Løsningsførslag i Matematikk 4D, 4N, 4M

UNIVERSITETET I OSLO ØKONOMISK INSTITUTT

UNIVERSITY OF OSLO DEPARTMENT OF ECONOMICS

Trigonometric Substitution

Physical origin of the Gouy phase shift by Simin Feng, Herbert G. Winful Opt. Lett. 26, (2001)

UNIVERSITETET I OSLO ØKONOMISK INSTITUTT

UNIVERSITETET I OSLO ØKONOMISK INSTITUTT

UNIVERSITETET I OSLO ØKONOMISK INSTITUTT

UNIVERSITETET I OSLO ØKONOMISK INSTITUTT

EKSAMEN I MA0002 Brukerkurs B i matematikk

Løsningsforslag eksamen i TMA4123/25 Matematikk 4M/N

UNIVERSITETET I OSLO

TMA4329 Intro til vitensk. beregn. V2017

UNIVERSITETET I OSLO

UNIVERSITETET I OSLO ØKONOMISK INSTITUTT

UNIVERSITETET I OSLO ØKONOMISK INSTITUTT

UNIVERSITETET I OSLO

UNIVERSITETET I BERGEN

UNIVERSITETET I OSLO ØKONOMISK INSTITUTT

UNIVERSITETET I OSLO ØKONOMISK INSTITUTT

MA2501 Numerical methods

UNIVERSITETET I OSLO

Slope-Intercept Formula

UNIVERSITETET I OSLO

Eksamensoppgave i TMA4320 Introduksjon til vitenskapelige beregninger

Exam in Quantum Mechanics (phys201), 2010, Allowed: Calculator, standard formula book and up to 5 pages of own handwritten notes.

Eksamensoppgave i TMA4135 Matematikk 4D

ECON3120/4120 Mathematics 2, spring 2004 Problem solutions for the seminar on 5 May Old exam problems

Neural Network. Sensors Sorter

UNIVERSITETET I OSLO

UNIVERSITETET I OSLO

Graphs similar to strongly regular graphs

Eksamen i TMA4123/TMA4125 Matematikk 4M/N

UNIVERSITETET I OSLO

UNIVERSITETET I OSLO ØKONOMISK INSTITUTT

Second Order ODE's (2P) Young Won Lim 7/1/14

Moving Objects. We need to move our objects in 3D space.

UNIVERSITETET I BERGEN

TFY4170 Fysikk 2 Justin Wells

UNIVERSITETET I OSLO

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

Solutions #12 ( M. y 3 + cos(x) ) dx + ( sin(y) + z 2) dy + xdz = 3π 4. The surface M is parametrized by σ : [0, 1] [0, 2π] R 3 with.

TMA4135 Matematikk 4D Høst 2014

UNIVERSITETET I OSLO ØKONOMISK INSTITUTT

Ma Linær Algebra og Geometri Øving 5

LØSNINGSFORSLAG EKSAMEN MATEMATIKK 4N,

32.2. Linear Multistep Methods. Introduction. Prerequisites. Learning Outcomes

EKSAMENSOPPGAVE I FAG TKP 4105

Eksamensoppgave i TMA4135 Matematikk 4D

Eksamensoppgave i TMA4320 Introduksjon til vitenskapelige beregninger

UNIVERSITETET I OSLO ØKONOMISK INSTITUTT

Eksamen i TMA4123/TMA4125 Matematikk 4M/4N

Oppgave. føden)? i tråd med

SVM and Complementary Slackness

TMA Matematikk 4D Fredag 19. desember 2003 løsningsforslag

Ma Flerdimensjonal Analyse Øving 11

Stationary Phase Monte Carlo Methods

5 E Lesson: Solving Monohybrid Punnett Squares with Coding

Gradient. Masahiro Yamamoto. last update on February 29, 2012 (1) (2) (3) (4) (5)

Oppgave 1a Definer følgende begreper: Nøkkel, supernøkkel og funksjonell avhengighet.

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

UNIVERSITETET I OSLO

TMA4123/TMA4125 Matematikk 4M/4N Vår 2013

Løsningsforslag til eksamen i TFY4230 STATISTISK FYSIKK Tirsdag 9. aug 2011

GEF2200 Atmosfærefysikk 2017

Løsningsforslag til eksamen i MA0002, Brukerkurs i matematikk B

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

UNIVERSITETET I OSLO

Eksamensoppgave i TMA4130/35 Matematikk 4N/4D

Oppgave 1. Norges teknisk-naturvitenskapelige universitet NTNU Institutt for fysikk EKSAMEN I: MNFFY 245 INNFØRING I KVANTEMEKANIKK

UNIVERSITETET I BERGEN

UNIVERSITETET I OSLO

UNIVERSITETET I OSLO

Øving 5 - Fouriertransform - LF

Dynamic Programming Longest Common Subsequence. Class 27

UNIVERSITETET I OSLO

HØGSKOLEN I NARVIK - SIVILINGENIØRUTDANNINGEN

Speed Racer Theme. Theme Music: Cartoon: Charles Schultz / Jef Mallett Peanuts / Frazz. September 9, 2011 Physics 131 Prof. E. F.

UNIVERSITETET I OSLO

UNIVERSITETET I OSLO ØKONOMISK INSTITUTT

EKSAMENSOPPGAVE I SØK 1002 INNFØRING I MIKROØKONOMISK ANALYSE

Ma Flerdimensjonal Analyse Øving 6

UNIVERSITETET I OSLO

Eksamen i emnet M117 - Matematiske metodar Mandag 29. mai 2000, kl Løysingsforslag:

UNIVERSITETET I OSLO

Eksamen, høsten 13 i Matematikk 3 Løsningsforslag

Unit Relational Algebra 1 1. Relational Algebra 1. Unit 3.3

UNIVERSITETET I OSLO

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

UNIVERSITETET I OSLO ØKONOMISK INSTITUTT

EKSAMEN I TMA4110 MATEMATIKK 3 Bokmål Fredag 4. desember 2009 løsningsforslag

NORGES TEKNISK-NATURVITENSKAPELIGE UNIVERSITET Side 1 av 5 INSTITUTT FOR ENERGI- OG PROSESSTEKNIKK

UNIVERSITETET I OSLO ØKONOMISK INSTITUTT

Eksamensoppgave i TMA4135 Matematikk 4D

Transkript:

1 MAT131 Bokmål Universitetet i Bergen Det matematisk-naturvitenskapelige fakultet Eksamen i emnet Mat131 - Differensiallikningar I Onsdag 25. mai 2016, kl. 09-14 Oppgavesettet er 4 oppgaver fordelt på 2 sider. Tillatte hjelpemidler: Ingen Skriv kun EN oppgave per ark. Oppgavene skal sorteres i rekkefølge før besvarelser leveres inn. Oppgaver som ligger i feil orden risikerer å ikke bli rettet. Les nøye gjennom oppgavesettet. Alle svar skal begrunnes, men begrunnelsene skal være korte. Det må være nok mellomregning til at framgangsmåten går tydelig frem av det du skriver. Det blir gitt godt med poeng for riktig framgangsmåte, selv om du ikke kommer frem til korrekt svar. Alle deloppgaver teller likt. (1 En differensialligning er gitt ved y + 6y + 9y = 0, t 0. (1 (a Finn den allmenne løsningen til (1. Vis at det er en løsning og at den utgjør en fundamentalmengde. (b Løs ligning (1 med initialbetingelser y(0 = 0, y (0 = 1. Solution: (a Ansatz, y(t = exp(rt gives the characteristic equation: 0 = r 2 + 6r + 9 = (r + 3 2, r 1,2 = 3, double root We have one solution y(t = c 1 e 3t. To obtain a second make the following ansatz: y = c 1 te 3t and insert in the equation. To this end, compute its derivatives: Into (1: y = c 1 e 3t 3c 1 te 3t y = 3c 1 e 3t + 9c 1 te 3t 3c 1 e 3t = 6c 1 e 3t + 9c 1 te 3t 6c 1 e 3t + 9c 1 te 3t + 6(c 1 e 3t 3c 1 te 3t + 9c 1 te 3t = 0

2 6c 1 + 9c 1 t + 6c 1 18c 1 t + 9c 1 t = 0 The equation is satisfied for all t implying that y(t = c 1 te rt is also a solution. We show that we now have a complete set by computing the Wronskian. ( ( y1 y W (y 1, y 2 = det 2 e 3t te y 1 y 2 = det 3t 3e 3t e 3t 3te 3t = e 6t ((1 3t + 3t = e 6t which is non-zero. (b Solve with y(0 = 0, y (0 = 1 where the general solution is y(t = (c 1 t + c 2 e 3t. Hence, y(t = te 3t is the solution. y(0 = c 2 e 3t t=0 = 0 1 = y (0 = c 1 e 3t 3c 1 te 3t t=0 = c 1. (2 (a Finn løsningen, y(x, til differensialligningen y (x = 2xy2 + 1, y( 1 = 2 2x 2 y og bestem intervallet hvor løsningen er definert. (b Løs differensialligningen og bestem løsningsintervallet. ty (t + 2y(t = t 2 t + 1, y(1 = 1 2 Solution: (a Rewrite the equation: (2xy 2 + 1 + 2x 2 y dy dx = 0 d dx (x2 y 2 + x = 0 Hence, x 2 y 2 + x = C. Use the initial condition, Solving for y gives C = ( 1 2 2 2 + ( 1 = 3. y 2 = 1 x + 3 x 2.

3 y(x is singular at x = 0. Since the initial condition was given at x = 1, we conclude that < x < 0 is the solution interval. In this interval the righthand side is positive and we can take the square root and obtain the solution: 1 y(x = x + 3 x. 2 The positive branch satisfies the initial condition. (b Solve Divide by t: ty + 2y = t 2 t + 1, y(1 = 1 2 y + 2 t y = t 1 + 1 t The integrating factor is: 2 µ(t = exp( t dt = exp(2 ln t = exp(ln t 2 = t 2. Multiply the equation by the integrating factor: (t 2 y = t 3 t 2 + t Integrate: Consequently, t 2 y = t 3 t 2 + t dt = 1 4 t4 1 3 t3 + 1 2 t2 + c y = 1 4 t2 1 3 t + 1 2 + c t 2 Use the intital condition: 1 2 = 1 4 1 3 + 1 2 + c and we see that c = 1. The solution is then, 12 defined on the interval 0 < t <. y = 1 4 t2 1 3 t + 1 2 + 1 12t 2 (3 (a Finn den allmenne løsningen til, ( ( d u(t 0 1 = dt v(t 1 0 ( u(t v(t og klassifiser likevektspunktet.

4 (b Finn den allmenne løsningen til ( 1 4 der A = 1 3. x = Ax (a The critical point is (0, 0 T. The eigenvalues of A are given by 0 = det(a λi = ( λ 2 1, λ = ±1. Since the matrix is symmetric we already know that there is a full set of eigenvectors and we conclude that the critical point is a saddle. For the general solution we need the eigenvectors. We solve A w = λ w for the two eigenvalues and obtain: (1, 1 T, λ = 1 (1, 1 T, λ = 1 The general solution is: w(t = c 1 ( 1 1 e t + c 2 ( 1 1 e t. (b Find the eigenvalues of A. (1 λ( 3 λ + 4 = 0 results in a single eigenvalue λ = 1 with the eigenvector v 1 = (2, 1 T. Hence, one solution is: ( 2 x 1 (t = e t. 1 We make the following ansatz for a second solution. x 2 (t = e t (v 1 t + v 2. where v 2 is an unknown vector. Insert x 2 in the equation and manipulate: (e t (v 1 t + v 2 = Ae t (v 1 t + v 2 e t (v 1 t + v 2 + e t v 1 = Ae t (v 1 t + v 2 v 2 + v 1 = Av 2 v 1 = (A + Iv 2 Solving this results in v 2 = (0, 1/2 T. ( Then x 2 = e t 2t and the general soltution is, x(t = c t + 1/2 1 x 1 (t + c 2 x 2 (t. Note that there are arbitrary constants implying that the solution may be expressed in many different ways.

5 (4 Løs 2 u t 2 med initial- og randbetingelser = 2 u, 0 < x < L, t > 0, x2 u(x, 0 = f(x = 5 cos( 10πx L, u t (x, 0 = 0, u x (0, t = u x (L, t = 0. Solution: Solution by separation of variables. The ansatz, u(x, t = X(xT (t, is inserted into the wave equation and results in X X = T T = λ Hence, X satisfies X + λx = 0 with solutions X(x = a cos(µx + b sin(µx where λ = µ 2. (Note that λ = 0 and X = 1 is also a solution that is included in the first form by allowing µ = 0. From the boundary conditions we deduce that X (0 = X (L = 0. X (0 = a sin(µ0 + b cos(µ0 b = 0 X (L = a sin(µl + b cos(µl µ = nπ L, n = 0, 1, 2,... We have X n (x = a n cos(µx. The equation for T is, T + λ n T = 0 and T n (t = k 1 cos( nπt L + k 2 sin( nπt L, (T n t (t = k 1 nπ L sin(nπt L + k 2 nπ L cos(nπt L. Here, T t (0 = 0 implying k 2 = 0. The fundamental solutions are We write the solution as: u n (x, t = cos( nπt L cos(nπx, n = 0, 1, 2, 3,... L u(x, t = n=0 a n cos( nπt L cos(nπx L

6 The coefficients are calculated using the initial data as: a n = 2 L L We get a 10 = 5 and otherwise a n = 0. Hence, Lykke til! Magnus Svärd 0 5 cos( 10πx L cos(nπx L dx u(x, t = 5 cos( 10πt L cos(10πx L.