Oppgave 1. Oppgave 2. Eksamen feb 2006.nb 1. Vektorfeltet er ikke konservativt da curl F 0. F. dr der C er kurven parametrisert av r(t), 0 t 1

Like dokumenter
Eksamen Ma 3 des 2004

Eksamen Ma 3 red.pensum 2006

NY Eksamen i matematikk III, 5 studiepoeng. August 2007

ü Omkrets ü Rotasjonsflate oblig1 Ma 3B h 2007 fasit.nb 2 Ldq. Vi må passe på at cos H ÅÅÅÅL>0 når 0 Relasjonen cosh ÅÅÅÅ

Oppgavene er hentet fra fagets lærebok, Hass, Weir og Thomas, samt gamle eksamener.

The full and long title of the presentation

Løsningsforslag, eksamen MA1103 Flerdimensjonal analyse, vår 2009

Løsningsforslag til eksamen i TMA4105 matematikk 2,

Løsning til eksamen i ingeniørmatematikk

Oppgavesettet har 10 punkter 1, 2ab, 3ab, 4ab, 5abc som teller likt ved bedømmelsen.

Anbefalte oppgaver - Løsningsforslag

Løsningsforslag til prøveeksamen i MAT 1110, våren 2006

y = x y, y 2 x 2 = c,

dx = 1 1 )dx = 3 y= x . Tangentplanet til hyperboloiden i (2, 1, 3) er derfor gitt ved x 2, y 1, z 3 = 0 x 2 + 2(y 1) 2 (z 3) = 0 x + 2y 2z 3 = 2

Anbefalte oppgaver - Løsningsforslag

Randkurva C til flata S orienteres positivt sett ovenfra, og kan parametriseres ved: r (t) = [ sin t, cos t, sin t] dt, 0 t 2π.

Løsning IM

SIF 5005 Matematikk 2 våren 2001

Matematikk 4, ALM304V Løsningsforslag eksamen mars da 1 er arealet av en sirkel med radius 2. F = y x = t t r = t t v = r = t t

EKSAMEN I FAG SIF5005 MATEMATIKK 2

Vi regner først ut de nødvendige partiellderiverte for å se om vektorfeltet er konservativt. z = 2z, F 2 F 2 z = 2y, F 3. x = 2x, F 3.

TMA Representasjoner. Funksjoner. Operasjoner

Løsningsforslag, eksamen MA1103 Flerdimensjonal analyse, 8.juni 2010

SIF5005 Matematikk 2, 13. mai 2002 Løsningsforslag

UNIVERSITETET I OSLO

SIF5005 MATEMATIKK 2 VÅR r5 drdθ = 1 m. zrdzdrdθ = 1 m. zrdzdrdθ =

LØSNINGSFORSLAG TIL EKSAMEN I FAGET 5005/7 MATEMATIKK 2 1. august der k er et vilkårlig heltall. Det gir

Eksamensoppgave i MA1103 Flerdimensjonal analyse

Løsningsforslag eksamen TMA4105 matematikk 2, 25. mai 2005

UNIVERSITETET I OSLO

EKSAMENSOPPGAVE. KRAFT I og II Hall del 2 Kraft sportssenter Ingen

LØSNINGSFORSLAG EKSAMEN TMA4105 MATEMATIKK 2 Lørdag 14. aug 2004

(1 + x 2 + y 2 ) 2 = 1 x2 + y 2. (1 + x 2 + y 2 ) 2, x 2y

Anbefalte oppgaver - Løsningsforslag

Anbefalte oppgaver - Løsningsforslag

Eksamen, høsten 14 i Matematikk 3 Løsningsforslag

LØSNINGSFORSLAG TIL ØVING 11, TMA4105, V2008. x = r cos θ, y = r sin θ, z = 2r for 0 θ 2π, 2 2r 6. i j k. 5 r dr dθ = 8

Løsning IM

TMA4105 Matematikk 2 Vår 2014

e y + ye x +2x xe y + e x +1 0 = 0

EKSAMEN I FAG SIF5005 MATEMATIKK 2

For at en funksjon i to variable skal ha en grenseverdi i punktet (a,b), dvs.

Kurve-, flate- og volumintegraler, beregning av trykkraft

Løsningsforslag til prøveeksamen i MAT1050, vår 2019

Oppgaver og fasit til seksjon

UNIVERSITETET I OSLO

Eksamensoppgave i MA1103 Flerdimensjonal analyse

Kurve-, flate- og volumintegraler, beregning av trykkraft

EKSAMEN i MATEMATIKK 30

a 2 x 2 dy dx = e r r dr dθ =

Obligatorisk oppgåve 1

Eksamensoppgaver og Matematikk 1B

NTNU. MA1103 Flerdimensjonal Analyse våren Maple-øving 2. Viktig informasjon. Institutt for matematiske fag. maple02 28.

Ma Flerdimensjonal Analyse Øving 11

Eksamen IRF30014, høsten 15 i Matematikk 3 Løsningsforslag

Løsning IM

UNIVERSITETET I OSLO

MA0002 Brukerkurs i matematikk B Vår 2013

Løsning, Stokes setning

EKSAMEN. Valgfag, ingeniørutdanning (3. klasse). ANTALL SIDER UTLEVERT: 5 (innkl. forside og 2 sider formelark.)

UNIVERSITETET I OSLO

Oppgaver og fasit til kapittel 6

5 z ds = x 2 +4y 2 4

LØSNINGSFORSLAG TMA4105 Matematikk 2 8. August 2005

UNIVERSITETET I OSLO

Eksamen IRF30014, våren 16 i Matematikk 3 Løsningsforslag

UNIVERSITETET I OSLO

UNIVERSITETET I OSLO

EKSAMEN. 3. klassene, ingenørutdanning. ANTALL SIDER UTLEVERT: 5 (innkl. forside og formelark)

Eksamen i V139A Matematikk 30

I denne øvingen vil vi sammenlikne det teoretiske resultat med et grafisk bilde av konturlinjene til flaten. Vi tegner konturene der

Obligatorisk oppgave 2

Øvelse, eksamensoppgaver MAT 1050 mars 2018

Arne B. Sletsjøe. Oppgaver, MAT 1012

Navn/kursparallell skrives her (ved gruppearbeid er det viktig at alle fyller ut):

Løsningsforslag til Eksamen i MAT111

EKSAMENSOPPGAVE. Vil det bli gått oppklaringsrunde i eksamenslokalet? Svar: JA Hvis JA: ca. kl.10:00 og 12:00

f =< 2x + z/x, 2y, 4z + ln(x) >.

NTNU. MA1103 Flerdimensjonal analyse våren Maple/Matlab-øving 2. Viktig informasjon. Institutt for matematiske fag

Integralsatser: Green, Stokes og Gauss

TMA Tanker omkring innlevering 3 fra en studentassistents perspektiv

EKSAMENSOPPGAVE. Eksamen i: MAT-1003 Dato: Tirsdag 15. desember 2015 Tid: Kl 15:00 19:00 Sted: Åsgårdvegen 9

Tillegg om strømfunksjon og potensialstrøm

UNIVERSITETET I OSLO

Eksamen, høsten 13 i Matematikk 3 Løsningsforslag

Eksamensoppgave i MA1103 Flerdimensjonal analyse

LØSNINGSFORSLAG EKSAMEN I GRUNNKURS I ANALYSE I (MA1101/MA6101)

dg = ( g P0 u)ds = ( ) = 0

Tillegg om flateintegraler

Fasit for eksamen i MEK1100 torsdag 13. desember 2007 Hvert delspørsmål honoreres med poengsum fra 0 til 10 (10 for perfekt svar).

Laplacelikningen med Dirichlet betingelser

Som vanlig er enkelte oppgaver kopiert fra tidligere års løsningsforslag. Derfor kan notasjon, språk og stil variere noe fra oppgave til oppgave.

Eksamen i V139A Matematikk 30

MAT mars mars mars 2010 MAT Våren 2010

EKSAMEN i MATEMATIKK 30

Løsningsforslag, eksamen MA1101/MA6101 Grunnkurs i analyse I, vår 2009

Fasit til eksamen i MEK1100 høst 2006

Løsning, Trippelintegraler

Ma Flerdimensjonal Analyse II Øving 9

UNIVERSITETET I OSLO

Transkript:

Eksamen feb 6.nb Oppgave Clear@x, y, zd F@x_, y_, z_d := 8x y z, y z, x y z< << Calculus`VectorAnalysis` SetCoordinates@Cartesian@x, y, zdd CartesianHx, y, zl Curl@F@x, y, zdd 8x z - y z, x y - y z, -x z< Vektorfeltet er ikke konservativt da curl F Beregner W = Ÿ C F@8x_, y_, z_<d := F@x, y, zd r@t_d := 8t, t, t < F. dr der C er kurven parametrisert av r(t), t W = F@r@tDD.r'@tD t + t 8 + t 7 F@r@tDD.r'@tD t 5 ÅÅÅÅÅ 8 Siden feltet ikke er konservativt, vil arbeidet utført av vektorfeltet være avhengig av veien. Neste test bekrefter dette. rr@t_d := t 8,, < F@rr@tDD.rr'@tD t ÅÅÅÅÅÅÅÅ Oppgave Et legeme er begrenset av x y - planet, paraboloiden z = x + y + = r +, og hyperboloiden x + y -Hz - L = r -Hz - L =. La dk være overflaten av K, og A den del av dk som ligger på hyperboloidedelen. intercept = Solve@8r Hz L, z r + <, 8r, z<d 98z Ø, r Ø -<, 8z Ø, r Ø <, 9z Ø, r Ø - è!!!! =, 9z Ø, r Ø è!!!! ==

Eksamen feb 6.nb Vi må ha z = da paraboloiden skjærer ut av paraboloiden igjen ved z =. 8r, z< = 8r, z< ê. intercept@@dd 8, < Clear@r, zd Området i (x, y) - planet blir en sirkel med radius r: Solve@8r Hz L, z <, 8r<D@@DD 9r Ø è!!!! 5= Off@Plot::plnrD PlotA9x +, è!!!!!!!!!!!!!! x, + è!!!!!!!!!!!!!! x =, 9x, è!!!! 5, è!!!! 5=, Ticks 99 è!!!! 5,,, è!!!! 5 =, Automatic=, PlotStyle 88<, 8<, Dashing@8.<D<, Epilog 9Dashing@8.5,.8<D, Line@88, <, 8, <<D, LineA99 è!!!!, =, 9 è!!!!, ==E=E 6 5 4 è!!! 5 - è!!! 5 Ü Graphics Ü << Graphics`ContourPlotD`

Eksamen feb 6.nb BlockA8$DisplayFunction = Identity<, cp = ContourPlotD@z x y, 8x,, <, 8y,, <, 8z,, <, PlotPoints 6 D; cp = ContourPlotDAx + y Hz L, 9x, è!!!! 5, è!!!! 5=, 9y, è!!!! 5, è!!!! 5=, 8z,, <, PlotPoints 6E E; Show@cp, cp, Boxed False, DisplayFunction $DisplayFunctionD; BlockA8$DisplayFunction = Identity<, cp = ContourPlotD@z x y, 8x,, <, 8y,, <, 8z,, <, PlotPoints 6 D; cp4 = ContourPlotDAx + y Hz L, 9x, è!!!! 5, è!!!! 5=, 9y,, è!!!! 5=, 8z,, <, PlotPoints 6E E; Show@cp, cp4, Boxed False, ViewPoint 8,, <, DisplayFunction $DisplayFunctionD;

Eksamen feb 6.nb 4 PlotA9x +, è!!!!!!!!!!!!!! x =, 9x, è!!!! 5, è!!!! 5=, Ticks 99 è!!!! 5,,, è!!!! 5 =, Automatic=E.5.5.5 è!!! 5 - è!!! 5 Ü Graphics Ü ü a) Deler volumet opp i to, pga ulike randkurver. Beregner først volumet av legemet mellom paraboloiden og x y - planet. Dette legemet har grunnflate lik enhetssirkelen, r =. Først integreres langs den vertikale søylen fra z = til z = r -. π r + V = r z r θ p ÅÅÅÅÅÅÅÅÅ Den andre delen består av legemet over sirkelringen i xy -planet begrenset av hyperboloideflaten. Først integreres langs den vertikale søylen fra z = til z = - è!!!!!!!!!!!!! r -. π è!!!! 5 è!!!!!!!!!!!!!! r V = r z r θ 8 p ÅÅÅÅÅÅÅÅÅ V K = V + V 5 p 6 Kan også beregne volumet bygd opp av horisontale sirkulære skiver med tykkelse dz. è!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!! π Hz L + π V = r r z θ + 5 p 6 è!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!! Hz L + è!!!!!!!!!!! z r r z θ V = π HHz L + L z + π H HHz L + L Hz LL z 5 p 6

Eksamen feb 6.nb 5 ü b) F@x_, y_, z_d := 9x y z, x + y + z, H yl z y z = Div@F@x, y, zdd êê Simplify ü c) Φ = F.n ds = F dv H Gauss' setningl = dv δk K K Φ δ K = V K 5 p ü d ü Alternativ Denne metoden er mest direkte, men gir komplisert beregning av fluksintegralet over paraboloiden. En utvendig normalvektor til paraboloideflaten vil ha positiv z- komponent. Den projiserte flaten i xy-planet vil være enhetssirkelen, så vi skifter til polarkoordinater n@x_, y_, z_d := 8 x, y, < F@x, y, zd.n@x, y, zd ê. z x + y + ê. 8 x r Cos@θD, y r Sin@θD< êê Simplify ÅÅÅÅÅ H-rH6 r4 + 9 r + 9L sinhql -Hr + LHr sinh ql - 4LL π Φ par = i j k H r H6 r4 + 9 r + 9L Sin@θD Hr + L Hr Sin@ θd 4LL y z r r θ { p I det siste integralet vil bare siste ledd gi bidrag pga symmetri π Hr + L r r t p Fluksen ut av bunnflaten er null, da F.n = her: F@x, y, zd.8,, < ê. z Φ bunn = ;

Eksamen feb 6.nb 6 Fluksen ut av hyperboloideflaten A blir Φ A = Φ δ K Φ par Φ bunn 6 p Vi har altså funnet at ŸŸ A F.n S = 6 p ÅÅÅÅÅÅÅÅ ü Alternativ Vi kan definere et nytt, lukket område L bestående av hyperboloiden begrenset av planene z = og z =. Da slipper vi problemet med å beregne fluksen ut av paraboloideflaten. Fluksen ut av toppskiven er enklere å beregne. La dl betegne overflaten til legemet L. ShowAContourPlotDAx + y Hz L, 9x, è!!!! 5, è!!!! 5=, 9y, è!!!! 5, è!!!! 5 =, 8z,, <, PlotPoints 6, DisplayFunction IdentityE, ParametricPlotD@8r Cos@uD, r Sin@uD, <, 8r,, <, 8u,, π<, DisplayFunction IdentityD, DisplayFunction $DisplayFunction, Boxed FalseE; PlotA è!!!!!!!!!!!!!! x, 9x, è!!!! 5, è!!!! 5=, Ticks 99 è!!!! 5,,, è!!!! 5 =, Automatic=, Epilog Line@88, <, 8, <<DE.5.5 è!!! 5 - è!!! 5 Ü Graphics Ü

Eksamen feb 6.nb 7 Vi beregner volumet av L lettest ved å addere horisontale sirkelskiver med radius r = "######################## +Hz - L mellom z = og z =. V L = pÿ HHz - L + L z è!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!! π Hz L + V L = r r z θ 4 p Fluksen ut av L beregnes ved divergenssetningen. Vi husker at õ.f = Φ δ L = V L 8 p Det gjenstår å beregne fluksen ut av toppflaten, en sirkulær skive med radius. En utvendig normalvektor er rettet rett oppover. n@x_, y_, z_d = 8,, <; F@x, y, zd.n@x, y, zd ê. z êê Simplify 4-6 y Bare første ledd gir bidrag til fluksintegralet (aksialsymmetri) og fluksen blir derfor lik 4 ŸŸ da = 4 p = 4 p. π Φ topp = H4 r Sin@θDL r r θ 4 p Fluksen ut av A blir differansen mellom total fluks ut av dl og fluksen ut av toppflaten og bunnflaten: Φ A = Φ δ L Φ topp Φ bunn 6 p ü e) G@x_, y_, z_d := 8 y z + z Cos@yD, x z, x y z < Curl@G@x, y, zdd 8 x y z x z - x z, -y - x y z z y + z coshyl, sinhyl z + z + y z<

Eksamen feb 6.nb 8 ü f) ShowAContourPlotDAx + y Hz L, 9x, è!!!! 5, è!!!! 5=, 9y, è!!!! 5, è!!!! 5 =, 8z,, <, PlotPoints 6, DisplayFunction IdentityE, ParametricPlotD@8Cos@uD, Sin@uD,, 8Thickness@.D, Red<<, 8u,, π<, DisplayFunction IdentityD, DisplayFunction $DisplayFunction, Boxed FalseE; Curl@F@x, y, zdd.8,, < ê. z êê Simplify W = Ÿ C r@t_d := 8Cos@tD, Sin@tD, < F@8x_, y_, z_<d = F@x, y, zd :x y z, x + y + z, H - yl z - ÅÅÅÅÅÅÅÅ y z ÅÅÅÅÅ > F@r@tDD.r'@tD êê Simplify coshtl HcosH tl + 4L π F@r@tDD.r'@tD t F. dr = Ÿ Ÿõ äf.n S = Ÿ p Ÿ õ äf.n r r q Forfatteren av oppgaven hadde egentlig forvekslet GHx, y.zl med FHx, y, zl. Direkte utregning av kurveintegralet W = Ÿ C G@8x_, y_, z_<d = G@x, y, zd 8z coshyl - y z, x z, x y z < G. dr

Eksamen feb 6.nb 9 G@r@tDD.r'@tD êê Simplify Hsin HtL - coshsinhtll sinhtl + cos HtLL Bare siste ledd gir bidrag når vi integrerer over en hel periode, så integralet blir redusert til p 4Ÿ cos p t t = + cos t p 4Ÿ ÅÅÅÅÅÅÅ t = Ÿ t = 4 p π G@r@tDD.r'@tD t 4 p Med Stokes sats: k = 8,, <; Curl@G@x, y, zdd.k ê. z 4 y + 4 sinhyl + 4 W = Ÿ G. dr = Ÿ Ÿõ äg.k S =ŸŸH4 y + 4 sin y + 4L S, der vi integrerer over toppskiva begrenset av kurven C. Vi C skifter til polarkoordinater: W = Ÿ p Ÿ H4 r sin q + 4 sinh r sin ql + 4L r r q π W = H4 r Sin@θD + 4 Sin@ r Sin@θDD + 4L r r θ 4 p De to første leddene integreres til null pga odde symmetri. Kurveintegralet blir derfor W = 4 * Arealet av enhetssirkelen. π W = 4 r r θ 4 p Oppgave Clear@f, gd f@x_, y_, z_d := x + y + z g@x_, y_, z_d := x y z + 4 Bestem største og minste avstand til nivåflaten ghx, y, zl = fra origo og hvor dette inntreffer. Dette er ekvivalent med å finne ekstremalverdiene til f med bibetingelse g =. Lagrange's multiplikatormetode gir õf = l õg << Calculus`VectorAnalysis` SetCoordinates@Cartesian@x, y, zdd;

Eksamen feb 6.nb Grad@f@x, y, zdd 8 x, y, z< Grad@f@x, y, zdd λ Grad@g@x, y, zdd 8 x, y, z< 8y l, x l, - z l< Vi får likningene x = l y, y = l x, z = -l z. Dersom z, følger av siste likning at l = -. Innsetting i de to andre likningene x = - y, y = -x, som bare er oppfylt for x = y =. Punktet (,,z) skal ligge på flaten g. Men g(,,z) = -z + 4 = har løsninger z =. Vi finner derfor kandidatene H,, L og H,, -L. Disse har avstand fra origo. Dersom z =, vil siste likning være tilfredstilt for alle l. Kombinerer vi derimot de to andre likningene, får vi 4 x = l x. Vi kan ikke ha x =, siden det medfører at y =, og origo ligger ikke på flaten g. Eneste mulighet er derfor l = eller l = -. l = gir videre y = x. ghx, x, L = x + 4 = gir ingen reelle løsninger. l = - gir y = -x. Likningen ghx, -x, L = -x + 4 = gir løsninger x =. Vi finner derfor to nye kandidater H, -, Log H-,, L. Disse har avstand è!!! fra origo. Vi har derfor funnet maks avstand fra origo i punktene (±,,) og minst avstand fra origo i punktene(,, ). Vi lar Mathematica løse problemet for oss, og ser at både de reelle og komplekse løsningene stemmer med papirarbeidet. solns = Solve@8Grad@f@x, y, zdd λ Grad@g@x, y, zdd, x y z + 4 <, 8x, y, z, λ<d 88z Ø -, x Ø, y Ø, l Ø -<, 8z Ø, x Ø, y Ø, l Ø -<, 8l Ø -, z Ø, x Ø -, y Ø <, 8l Ø -, z Ø, x Ø, y Ø -<, 8l Ø, z Ø, x Ø - Â, y Ø - Â<, 8l Ø, z Ø, x Ø Â, y Ø Â<< values = 8x, y, z, λ< ê. solns i - -y - - - - - -  -  j k   z { pts = values ê. 8x_, y_, z_, λ_< 8x, y, z< i -y - - -  -  j k   z { Vi kan bare akseptere reelle verdier: pts = DeleteCases@pts, 8_Complex, _Complex, _Integer<D i -y - j k - z {

Eksamen feb 6.nb f@8x_, y_, z_<d = f@x, y, zd x + y + z Sqrt @f@#dd & ê@ pts 9,, è!!!!, è!!!! = Minste avstand fra origo til flaten ghx, y, zl er, i punktene (,,±). Største avstand fra origo til flaten ghx, y, zl er è!!!, i punktene (, ±,) Oppgave 4 << Graphics`InequalityGraphics` BlockA8$DisplayFunction = Identity<, pl = PlotA9x, 4 x, x, 9 =, 8x,, 5<E; x ip = InequalityPlot@y > x && y < 4 x && x y > && x y < 9, 8x,, <, 8y,, 6<DE; Show@ip, pl, PlotRange 8, 7<, AxesLabel 8"x", "y"<d y 7 6 5 4 Ü Graphics Ü Clear@u, vd u@x_, y_d := v@x, yd := x y 4 5 x y x

Eksamen feb 6.nb Block@8$DisplayFunction = Identity<, ip = InequalityPlot@u > && u < 4 && v > && v < 9, 8u,, 5<, 8v,, <DD; lines = Graphics@8Line@88, <, 8, <<D, Line@884, <, 84, <<D<D; Show@ip, lines, PlotRange 8, <, AxesLabel 8"u", "v"<d v 8 6 4.5.5.5 4 u J "##### y ÅÅÅÅ Ü Graphics Ü J@x_, y_d = Outer@D, 8u@x, yd, v@x, yd<, 8x, y<d i - ÅÅÅÅÅÅ y j k y ÅÅÅÅ x x x y z { Det@J@x, ydd - y ÅÅÅÅÅÅÅÅÅ x j = Det@J@x, ydd ê. y x u - u x 9 4 ÅÅÅÅ Ÿ Ÿ I ÅÅÅÅÅÅÅÅ è!!!! + è!!!!!!!! x yn x y = Ÿ ŸI è!!!! u + è!!! vm + è!!!! v ÅÅÅÅÅÅÅÅ u Å Abs@ jd u v = ÅÅÅÅÅ Ÿ ŸI ÅÅÅÅÅÅÅÅ è!!!! + è!!!! v ÅÅÅÅÅÅÅÅ u u M u v = u M u v = ÅÅÅÅ 9 è!!! 9 è!!! Ÿ I + v ln 4M v = Ÿ I + v ln M v = 8 + ÅÅÅÅÅ 5 ln

Eksamen feb 6.nb 9 4 I è!!!! u + è!!!! vm u v êê Expand Abs@jD 5 loghl 8 +