Eksamensoppgave i TMA4320 Introduksjon til vitenskapelige beregninger

Like dokumenter
Eksamensoppgave i TMA4320 Introduksjon til vitenskapelige beregninger

Eksamensoppgave i TMA4320 Introduksjon til vitenskapelige beregninger

Eksamensoppgave i TMA4320 Introduksjon til vitenskapelige beregninger

Eksamensoppgave i TMA4320 Introduksjon til vitenskapelige beregninger

Eksamensoppgave i TMA4135 Matematikk 4D

Eksamensoppgave i TMA4135 Matematikk 4D

Eksamensoppgave i TMA4123/TMA4125 Matematikk 4M/4N

Eksamensoppgave i TMA4122,TMA4123,TMA4125,TMA4130 Matematikk 4N/M

Eksamensoppgave i TMA4130/35 Matematikk 4N/4D

Eksamensoppgave i TMA4135 Matematikk 4D

UNIVERSITETET I OSLO

Eksamensoppgave i TMA4320 Introduksjon til vitenskapelige beregninger

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

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

Trigonometric Substitution

UNIVERSITETET I OSLO

1 dx cos 1 x =, 1 x 2 sammen med kjerneregelen for derivasjon. For å forenkle utregningen lar vi u = Vi regner først ut den deriverte til u,

UNIVERSITETET I OSLO ØKONOMISK INSTITUTT

UNIVERSITETET I OSLO

Eksamen i TMA4123/TMA4125 Matematikk 4M/N

Numerisk Integrasjon

Eksamensoppgave i MA1102/6102 Grunnkurs i analyse II

UNIVERSITETET I OSLO ØKONOMISK INSTITUTT

Integrasjon Fundamentalteoremet Substitusjon Forelesning i Matematikk 1 TMA4100

Matematikk Øvingsoppgaver i numerikk leksjon 8 Numerisk integrasjon

Numerisk kvadratur. PROBLEM STILLING: Approksimér. f(x)dx. I(f) = hvor f : R R. Numerisk sett, integralet I(f) = b. f(x)dx approksimeres med en summe

Løsningsførslag i Matematikk 4D, 4N, 4M

Eksamensoppgave i MA1101 Grunnkurs i analyse

Slope-Intercept Formula

2 π[r(x)] 2 dx = u 2 du = π 1 ] 2 = π u 1. V = π. V = π [R(x)] 2 [r(x)] 2 dx = π (x + 3) 2 (x 2 + 1) 2 dx = 117π 5.

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

Potensrekker Forelesning i Matematikk 1 TMA4100

UNIVERSITETET I OSLO ØKONOMISK INSTITUTT

TMA4100 Matematikk1 Høst 2008

Eksamensoppgave i TMA4135 Matematikk 4D: Løysing

s 2 Y + Y = (s 2 + 1)Y = 1 s 2 (1 e s ) e s = 1 s s2 s 2 e s. s 2 (s 2 + 1) 1 s 2 e s. s 2 (s 2 + 1) = 1 s 2 1 s s 2 e s.

1 Mandag 25. januar 2010

Eksamensoppgave i TMA4125 BARE TULL - LF

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.

UNIVERSITETET I OSLO

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

dx = 1 2y dy = dx/ x 3 y3/2 = 2x 1/2 + C 1

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

MeijerG1. Notations. Primary definition. Traditional name. Traditional notation. Mathematica StandardForm notation. Generalized Meijer G-function

Øving 5 - Fouriertransform - LF

Eksamensoppgave i TMA4125 EKSEMPELEKSAMEN - LF

UNIVERSITETET I OSLO ØKONOMISK INSTITUTT

Eksamensoppgave i TMA4125 Matematikk 4N

Kvadratur. I(f) = f(x)dx.

UNIVERSITETET I OSLO

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

2x 3 4/x dx. 2 5 x 3 + LF: Vi utfører polynomdivisjon. 2x + 1 dx = + C = 5x8/ ln 2x C 4. πx 2 e 3x3 dx = π

EKSAMEN I NUMERISK MATEMATIKK (TMA4215)

UNIVERSITETET I OSLO

Dagens program. 7.6 Numerisk integrasjon (fortsatt) 7.7 Uegentlige integraler

Integrasjon del 2. October 15, Department of Mathematical Sciences, NTNU, Norway. Integrasjon

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

TMA4123M regnet oppgavene 2 7, mens TMA4125N regnet oppgavene 1 6. s 2 Y + Y = (s 2 + 1)Y = 1 s 2 (1 e s ) e s = 1 s s2 s 2 e s.

Splitting the differential Riccati equation

1 Mandag 18. januar 2010

E K S A M E N. Matematikk 3MX. Elevar/Elever Privatistar/Privatister. AA6524/AA desember 2004 UTDANNINGSDIREKTORATET

Praktiske opplysninger til rektor. Fag: MATEMATIKK 1TY for yrkesfag Fagkode: MAT1006 Eksamensdato: Antall forberedelsesdager: Ingen

SVM and Complementary Slackness

Eksamensoppgave i MA1101/MA6101 Grunnkurs i analyse I. LØSNINGSFORSLAG

Høgskolen i Bergen. Formelsamling. for. ingeniørutdanningen. FOA150 høsten 2006 fellespensum. 3.utgave

Numerisk derivasjon og integrasjon utledning av feilestimater

UNIVERSITY OF OSLO DEPARTMENT OF ECONOMICS

Fag: Matematikk 1T-Y for elever og privatister. Antall sider i oppgaven: 8 inklusiv forside og opplysningsside

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

Eksamensoppgave i MA0002 Brukerkurs i matematikk B - LØSNING

TMA4135 Matematikk 4D Høst 2014

Eksamensoppgave i MA1103 Flerdimensjonal analyse

UNIVERSITETET I OSLO ØKONOMISK INSTITUTT

Eksamensoppgave i TMA4240 / TMA4245 Statistikk

a 2πf(x) 1 + (f (x)) 2 dx.

UNIVERSITETET I OSLO ØKONOMISK INSTITUTT

Eksamen i TMA4122 Matematikk 4M

1 k 2 + 1, k= 5. i=1. i = k + 6 eller k = i 6. m+6. (i 6) i=1

Eksamensoppgave i TMA4115 Matematikk 3

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

= x lim n n 2 + 2n + 4

Oppfriskningskurs i matematikk 2007

EKSAMEN. 1. klassene, ingenørutdanning og Flexing. HansPetterHornæsogLarsNilsBakken. ANTALL SIDER UTLEVERT: 7 (innkl. forside og 4 sider formelark)

HØGSKOLEN I BERGEN Avdeling for ingeniørutdanning

UNIVERSITETET I OSLO ØKONOMISK INSTITUTT

Potensrekker Forelesning i Matematikk 1 TMA4100

Eksamen i fag TFY4205 Kvantemekanikk II Mandag 13. august 2012 Tid:

UNIVERSITETET I OSLO

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

R2 - Heldagsprøve våren 2013

UNIVERSITETET I OSLO ØKONOMISK INSTITUTT

Ma Flerdimensjonal Analyse Øving 11

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

Eksamensoppgave i MA1202/MA6202 Lineær algebra med anvendelser

Løsningsforslag: Eksamen i MAT111 - Grunnkurs i Matematikk I

UNIVERSITETET I OSLO

Eksamensoppgåve i TMA4135 Matematikk 4D

UNIVERSITETET I OSLO

Feilestimeringer. i MAT-INF1100

UNIVERSITETET I OSLO ØKONOMISK INSTITUTT

Transkript:

Institutt for mtemtiske fg Eksmensoppgve i TMA42 Introduksjon til vitenskpelige beregninger Fglig kontkt under eksmen: Anton Evgrfov Tlf: 45 16 Eksmensdto: xx. ugust 216 Eksmenstid (fr til): xx:xx xx:xx Hjelpemiddelkode/Tilltte hjelpemidler: B: Spesifiserte trykte og håndskrevne hjelpemidler tilltt: K. Rottmnn: Mtemtisk formelsmling Bestemt, enkel klkultor tilltt. Målform/språk: bokmål Antll sider: 6 Antll sider vedlegg: Kontrollert v: Dto Sign Merk! Studenter finner sensur i Studentweb. Hr du spørsmål om din sensur må du kontkte instituttet ditt. Eksmenskontoret vil ikke kunne svre på slike spørsmål.

TMA2 Introduksjon til vitenskpelige beregninger xx. ugust 216 Side 1 v 6 Oppgve 1 Vi ser på likningen x 2 + x 4 =. Foreslå en fikstpunktitersjon for dene likningen og bestem, om denne itersjonen konvergerer loklt 1 mot røttene til denne likningen. Solution: There re mny possibilities here; e.g. one could try Newton s method, which for this eqution is given by x k+1 = x k x2 k + x k 4 2x k + Another exmple is given by = x2 k + 4 2x k + =: g Newton(x k ). x k+1 = 4 x2 k =: g(x k ). In ny cse, fixed point itertion converges loclly round root ˆx if g (ˆx) < 1. In our cse the eqution hs two roots ˆx 1 = 1 nd ˆx 2 = 4. We hve g (x) = 2x/, thus the itertion bsed on g converges loclly ner ˆx 1 nd diverges ner ˆx 2. In the cse of Newton s itertion we hve g Newton(ˆx 1 ) = g Newton(ˆx 2 ) =, so the method converges loclly in the vicinity of either root. For exmple, if we use g: x 2. 4.1 x 1. 4. x 2 1. 4.7 x.747 4.19 x 4 1.154 4.51 x 5.8922 4.15 x 6 1.68 4.61 x 7.951 4.966 x 8 1.5 4.267 x 9.979 4.7178 x 1 1.16 6.857 while if we use g Newton : x 2. 6. x 1 1.1429 4.4444 x 2 1.9 4.5 x 1. 4.2 x 4 1. 4. 1 Loklt=når strtpunktet x er tett til en rot.

Side 2 v 6 TMA2 Introduksjon til vitenskpelige beregninger xx. ugust 216 Oppgve 2 ) Finn det polynomet p(x) v lvest mulig grd som psser igjennom punktene (, ), (1, 1), (2, 1), (, 1). Solution: we cn for exmple use Newton s form of the interpoltion polynomil. x 1 = x 2 = 1 x = 2 x 4 = f[x 1 ] = f[x 2 ] = 1 f[x ] = 1 f[x 4 ] = 1 f[x 1, x 2 ] = 1 f[x 2, x ] = f[x, x 4 ] = f[x 1, x 2, x ] = 1/2 f[x 2, x, x 4 ] = f[x 1, x 2, x, x 4 ] = 1/6 Thus the sought polynomil is p(x) = + 1(x ) 1 2 (x )(x 1) + 1 (x )(x 1)(x 2) 6 = 1 6 (x x 2 + 2x) 1 2 (x2 x) + x = 1 6 x x 2 + 11 6 x. b) L p n (x) være polynomet v lvest mulig grd som interpolerer funksjonen f(x) = cos(x) i punktene x 1 = 1π, x 2 2 = π,..., x 2 n = 2n 1 π. Formelen for 2 estimtet v interpolsjonsfeilen er gitt v f(x) p n (x) = (x x 1)(x x 2 ) (x x n ) f (n) (c n,x ), (1) n! hvor punktet c n,x [min{x, x 1 }, mx{x, x n }] vhenger fr n og x. L oss se på punktet x = i estimtet (1). Bestem p n (x) og vis t lim n f (n) (c n, ) = (hint: vurder de forskjellige led i estimtet (1)). Solution: First of ll f(x i ) = for ll i, nd therefore the interpoltion polynomil of lowest degree is p n (x) =. Thus the left hnd side of the estimte (1) t x = is f() p n () = 1 = 1. Furthermore, lim n ( x 1 )( x 2 ) ( x n )/n! = lim n ( π/2) n 1 5 (2n 1)/(1 2 n) lim n (π/2) n = +. As consequence, lim n f (n) (c n, ) =.

TMA2 Introduksjon til vitenskpelige beregninger xx. ugust 216 Side v 6 Oppgve ) Beregn tilnærmelse v integrl x dx ved hjælp v midpunkt og trpezoid kvdrturer. Bruk n = 2 pneler. Solution: direct computtion. Midpoint qudrture with two pnels: x dx 1 2 [.25 +.75] = [1 + ]/4.68. Trpezoid rule with two pnels: x dx 1 4 [ +.5] + 1 4 [.5 + 1].66. Note tht in the present cse the exct integrl is x dx = 2/[x /2 ] 1 = 2/.6666. b) L M [,b] f og T [,b] f være midpunkt og trpezoid kvdrturer med n = 1 pnel for funksjonen f på intervl [, b]. Feilestimtetene for disse kvdrturer er gitt v f(x) dx = M [,b] f + h 24 f (c) + O(h 4 ), og f(x) dx = T [,b] f h 12 f (c) + O(h 4 ), hvor c = ( + b)/2, og h = b. L oss definere en ny kvdrtur som Q [,b] f = αm [,b] f + βt [,b] f. Bestem verdiene α, β slik t f(x) dx = Q [,b] f + O(h 4 ). Solution: We hve nd therefore M [,b] f = T [,b] f = Q [,b] f = (α + β) f(x) dx h 24 f (c) + O(h 4 ), og f(x) dx + h 12 f (c) + O(h 4 ), f(x) dx + (2β α) h 24 + O(h4 ).

Side 4 v 6 TMA2 Introduksjon til vitenskpelige beregninger xx. ugust 216 As result we get system of equtions α + β = 1, 2β α =. Thus α = 2/, β = 1/, which in fct gives us Simpson s rule: 2 M [,b]f + 1 T [,b]f = 2h f(c) + h 6 (f() + f(b)) = h [f() + 4f(c) + f(b)]. 6 c) L p (x) = 1. Finn et polynom p 1 (x) v grd 1 som er ortogonl mot p på intervllet [, 1]. Solution: There re infinitely mny polynomils of degree 1 which stisfy the orthogonlity condition, nd there re mny wys of finding them. For exmple, we could strt with p(x) = x nd orthogonlize this polynomil with respect to p to obtin p 1. nd therefore we cn chose p(x)p (x) dx = 1 2, p (x)p (x) dx = 1, p 1 (x) = p(x) 1 2 p (x)/1 = x 1 2. One cn esily check the orthogonlity condition p 1 (x)p (x) dx =. Oppgve 4 Vi skl nå se på et initilverdiproblem: y (t) = (y(t)) 2, y() = 1, y () =. (2) ) Betrkt den følgende Runge Kutt metoden med to steg 2 : k 1 = f(t n, w n ), k 2 = f(t n + 2 h, w n + 2 hk 1), w n+1 = w n + h( 1 4 k 1 + 4 k 2), () 2 stges i boken

TMA2 Introduksjon til vitenskpelige beregninger xx. ugust 216 Side 5 v 6 som tilnærmer en løsning til et initilverdiproblem w (t) = f(t, w(t)). Bruk denne metoden med h =.5 til å finne en tilnærmelse til løsningen v (2) i t =.5. Solution: First of ll we rewrite the problem s system of two first order ODEs: ( ) ( ) ( ) ( ) ( ) y 1 (t) y2 (t) y1 (t) y1 () 1 y 2(t) = (y 1 (t)) 2 =: F, =. y 2 (t) y 2 () Now we cn strt the computtion: w = (1, ) T ; k 1 = (, 1) T, k 2 = F (w + 1 k 1) = F (1, 1 ) = ( 1, 1)T, w 1 = (.875,.5) T. Therefore we get y(.5).875, y (.5).5. b) Den lokle trunkeringsfeilen v (den eksplisite) Eulersmetoden oppfører seg som O(h 2 ) for små h, mens metoden () hr den lokle trunkerigsfeilen v størrelsen O(h ). Bruk den eksplisite Eulersmetoden med h =.5 til å finne en tilnærmelse til løsningen v (2) i t =.5. Bsert på beregningene i ) vurder den lokle trunkeringsfeilen v Eulersmetoden i dette tilfelle. Videre, bestem steglengden h slik t Eulersmetoden gir den lokle trunkeringsfeilen v størrelsen 1. 1 4. Solution: Let us first find the explicit Euler pproximtion of the solution: w1 Euler = w + hk 1 = (1,.5) T. Assuming tht we cn neglect the error of the more ccurte method (), we estimte the error of Euler method simply s e 1 = w1 Euler w 1 = (.125, ) T. Now ssuming tht the error behves s ch 2, we cn find h from the system of equtions: c.5 2 =.125, c(h ) 2 = 1. 1 4 nd therefore h =.5(1. 1 4 /.125) 1/2.141. Just s quick verifiction we cn recompute w 1, w1 Euler with h =.141: w 1 (.9999,.141) T, w1 Euler (1,.141) T, e 1 = (.1, ) T.

Side 6 v 6 TMA2 Introduksjon til vitenskpelige beregninger xx. ugust 216 Oppgve 5 ) Beregn den diskrete Fouriertrnsformsjonen v x = [1, i, i] T, hvor i 2 = 1. Solution: direct computtion. y = 1 1 x j exp{ i2πj/} = 1 [1 + i i] = 1.5774 j= y 1 = 1 1 x j exp{ i2πj1/} = 1 [1 exp{} + i exp{ i2π/} i exp{ i4π/}] j= = 1 [1 + i{ 1/2 i /2} i{ 1/2 + i /2}] = 1 [1 + ] = 1 + 1/ 1.5774. y 2 = 1 1 x j exp{ i2πj2/} = 1 [1 exp{} + i exp{ i4π/} i exp{ i8π/}] j= = 1 [1 + i{ 1/2 + i /2} i{ 1/2 i /2}] = 1 [1 ] = 1 + 1/.4226. b) Bruk resultten fr ) til å beregne den inverse diskrete Fouriertrnsformsjonen v den konjugerte vektoren x = [1, i, i] T. Solution: let F be the mtrix representing the discrete Fourier trnsform, thus in ) we hve computed y = F x. Since F 1 = F, we hve F 1 x = F x = ȳ = y. Thus the nswer is the sme s in ).