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

Like dokumenter
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.

Anbefalte oppgaver - Løsningsforslag

Vår TMA4105 Matematikk 2. Løsningsforslag Øving 6. 5 Exercise Exercise

F = x F 1 + y F 2 + z F 3 = y 2 z 2 + x 2. i j k F = xy 2 yz 2 zx 2 = i(0 ( 2yz)) j(2xz 0) + k(0 2xy) = 2yzi 2xzj 2xyk.

= (2 6y) da. = πa 2 3

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.

(t) = [ 2 cos t, 2 sin t, 0] = 4. Da z = 2(1 + t) blir kurva C en helix/ei skruelinje på denne flata (se fig side 392).

a 2 x 2 dy dx = e r r dr dθ =

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

r(t) = 3 cos t i + 4 cos t j + 5 sin t k. Hastigheten er simpelthen den tidsderiverte av posisjonen: r(t) = 2t i + t j + 4t 2 k.

5 z ds = x 2 +4y 2 4

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.

LØSNINGSFORSLAG EKSAMEN TMA4105 MATEMATIKK 2 Lørdag 14. aug 2004

Oppgaver og fasit til seksjon

Løsningsforslag til eksamen i TMA4105 matematikk 2,

Vår TMA4105 Matematikk 2. Løsningsforslag Øving 2. Norges teknisk naturvitenskapelige universitet Institutt for matematiske fag

x 2 + y 2 z 2 = c 2 x 2 + y 2 = c 2 z 2,

Løsningsforslag, eksamen MA1103 Flerdimensjonal analyse, 8.juni 2010

Anbefalte oppgaver - Løsningsforslag

TMA4120 Matematikk 4K Høst 2015

UNIVERSITETET I OSLO

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

UNIVERSITETET I OSLO

Anbefalte oppgaver - Løsningsforslag

Eksamen, høsten 14 i Matematikk 3 Løsningsforslag

Løsning, Stokes setning

EKSAMEN I FAG SIF5005 MATEMATIKK 2

SIF5005 Matematikk 2, 13. mai 2002 Løsningsforslag

Øvelse, eksamensoppgaver MAT 1050 mars 2018

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

Løsningsforslag til prøveeksamen i MAT 1110, våren 2006

TMA4105 Matematikk2 Vår 2008

TMA4100 Matematikk 1 Høst 2014

MAT mars mars mars 2010 MAT Våren 2010

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

TMA4105 Matematikk 2 Vår 2014

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

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

UNIVERSITETET I OSLO

Fasit til utvalgte oppgaver MAT1110, uka 8-12/2

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

Eksamensoppgave i MA1103 Flerdimensjonal analyse

x t + f y y t + f z , og t = k. + k , partiellderiverer vi begge sider av ligningen x = r cos θ med hensyn på x. Da får vi = 1 sin 2 θ r sin(θ)θ x

MA1102 Grunnkurs i analyse II Vår 2019

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

Løsning IM

MA1101 Grunnkurs Analyse I Høst 2017

Eksamensoppgave i MA1103 Flerdimensjonal analyse

TMA4100 Matematikk1 Høst 2009

Løsningsforslag til prøveeksamen i MAT1050, vår 2019

2 n+2 er konvergent eller divergent. Observer først at; 2n+2 2 n+2 = n=1. n=1. 2 n > for alle n N. Denne summen er.

TMA Representasjoner. Funksjoner. Operasjoner

Anbefalte oppgaver - Løsningsforslag

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

TMA4100 Matematikk 1 Høst 2014

UNIVERSITETET I OSLO

Eksamen, høsten 13 i Matematikk 3 Løsningsforslag

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

The full and long title of the presentation

Ma Flerdimensjonal Analyse Øving 11

Arne B. Sletsjøe. Oppgaver, MAT 1012

TMA4100 Matematikk 1 Høst 2014

MAT Prøveeksamen 29. mai - Løsningsforslag

Oppfriskningskurs Sommer 2019

UNIVERSITETET I OSLO

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

SIF 5005 Matematikk 2 våren 2001

MA0002 Brukerkurs i matematikk B Vår 2014

Løsningsforslag, midtsemesterprøve MA1103, 2.mars 2010

arbeid - massesenter - Delvis integrasjon Forelesning i Matematikk 1 TMA4100

MA0002 Brukerkurs i matematikk B Vår 2016

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

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

Eksamen IRF30014, våren 16 i Matematikk 3 Løsningsforslag

MAT1110. Obligatorisk oppgave 1 av 2

NTNU. TMA4100 Matematikk 1 høsten Løsningsforslag - Øving 12. Avsnitt Ved Taylors formel (med a = 0) har vi at. 24 For x < 0 har vi at

Løsningsforslag AA6524 Matematikk 3MX Elever 7. juni eksamensoppgaver.org

TMA Tanker omkring innlevering 3 fra en studentassistents perspektiv

Eksamensoppgaver og Matematikk 1B

MA1102 Grunnkurs i analyse II Vår 2019

TMA4100 Matematikk 1, høst 2013

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

EKSAMEN i MATEMATIKK 30

Areal mellom kurver Volum Forelesning i Matematikk 1 TMA4100

Oppgaver og fasit til kapittel 6

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

Eksamensoppgave i MA1103 Flerdimensjonal analyse

EKSAMEN I FAG SIF5005 MATEMATIKK 2

Løsningsforslag, eksamen MA1103 Flerdimensjonal analyse, vår 2009

TMA4105 Matematikk 2 vår 2013

Oppgaver og fasit til seksjon

MA0002 Brukerkurs i matematikk B Vår 2017

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

Integraler. John Rognes. 15. mars 2011

TMA4110 Matematikk 3 Høst 2010

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

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

Oppgaver og fasit til seksjon

EKSAMEN I MA0002 Brukerkurs B i matematikk

Potensrekker Forelesning i Matematikk 1 TMA4100

Transkript:

TMA415 Matematikk Vår 17 Norges teknisk naturvitenskapelige universitet Institutt for matematiske fag Løsningsforslag Øving 9 Alle oppgavenummer referer til 8. utgave av Adams & Essex alculus: A omplete ourse. 15.1.3: Siden vektorfeltet er gitt ved F(x, y) (y, x) må feltlinjene tilfredstille differensiallikningen y x y, eller ( ) 1 y x. Ved å integrere denne likningen finner vi y x c, som beskriver hyperbler sentrert i origo. Det er tre ulike tilfeller å skille mellom: Hvis c > ligger brennpunktene på y-aksen, mens de ligger på x-aksen når c <. Spesialtilfellet c svarer til de to linjene y ±x. Merk også at alle feltlinjene har disse to linjene som asymptoter. Se 1 for c ±1/4 og c. 1.5 y.5 1 1.5.5 1 x Figur 1: Vektorfeltet F(x, y) (y, x) og utvalgte feltlinjer. 6. mars 17 Side 1 av 7

15.1.15: La r(t) ( x(t), y(t) ) være strømlinjenes parametrisering. Vi krever eller som gir y(t) 1 e t og x(t) 1 t. 15..3: Siden dr dt v(x, y), x (t) x og y (t) y, y er vektorfeltet ikke konservativt. xy (x + y ) xy (x + y ) F x, 15..5: Vi regner først ut de nødvendige partiellderiverte for å se om vektorfeltet oppfyller de nødvendige betingelsene for å være konservativt. fra dette ser vi at y x,, F x x, F y, F 3 x x, F 3 y y, y F x, x, F y. De nødvendige betingelsene er altså oppfylt, og siden vi i dette tilfellet har at F er glatt og domenet er hele det euklidske rommet R 3 har vi fra forelesningene at dette er tilstrekkelig til å si at vektorfeltet er konservativt. Ved inspeksjon ser vi at er en mulig potensialfunksjon. φ(x, y, ) x y + y x, 15..9: Vi søker en potensialfunksjon φ slik at ( x φ(x, y, ), y, + y ) x, og la oss her betrakte domenet gitt av > for å sørge for at komponentene i vektorfeltet og deres partiellderiverte alltid er veldefinerte. Første komponent i denne vektorligningen er φ x (x, y, ) x/, som gir at φ(x, y, ) x + (y, ), for en deriverbar funksjon. Ved å partiellderivere dette uttrykket for φ med hensyn på y, kombinert med andre komponent av vektorligningen, gir y (y, ) y, 6. mars 17 Side av 7

som betyr at (y, ) y + K(), for en deriverbar funksjon K. Vi har nå at φ(x, y, ) x +y + K(). Ved å partiellderivere med hensyn på får vi x + y + K () x + y, som medfører at K er en konstant. Alt i alt kan vi konkludere med at feltet er konservativt, med potensialfunksjon φ(x, y, ) x + y + konstant. For å finne ekvipotensialflatene setter vi potensialfunksjonen lik en konstant og ender opp med uttrykket (x + y ), som angir et sett med paraboloider. For å finne de tilhørende feltlinjene setter vi opp differensialuttrykkene som disse oppfyller som er ekvivalent med dx F 1 (x, y, ) dx x dy y dy F (x, y, ) Ved å integrere opp den første likheten finner vi eller d x + y. ln y ln x +, d F 3 (x, y, ), y e x y ±e x y Bx for B R. Ved å bruke ovenstående sammenheng og ligningen for feltlinjene har vi da som gir eller (1 + B )x dx d, (1 + B ) x + A, x + y + A for A R. Altså er feltlinjene gitt av planene y Bx og ellipsene x + y + A. 15.3.: Den generelle formelen for kurveintegralet av en funksjon med hensyn på kurvelengden er gitt ved f( r(t)) d r dt ds. I vårt tilfelle er f( r(t)) t, og d r dt r (t) (t, 1, t) 1 + 8t. 6. mars 17 Side 3 av 7

Dermed er integralet vi skal finne m y ds t 1 + 8t dt 1 m [ ] 1 m u du 16 t 16 3 u 3 t 1 [ (1 + 8t ) ] 3 m 4 1 ( (1 + 8m ) ) 3 1 4 ved substitusjonen u 1 + 8t, du 16t dt. 15.3.11: Massen er gitt ved M Massesenteret er ( x, ȳ, ), der tπ t π. x ȳ δ(x, y, ) ds t ( sin(t)) + (cos(t)) + 1 dt t dt cos(t)t dt/m, sin(t)t dt/m 1/π, t dt/m 4π/3. (De to første integralene kan løses ved delvis integrasjon.) 15.3.15: Vi begynner med å parametrisere kurven. (a cos(t), a sin(t), a cos(t)), t π/, som fremgår ved først å parametrisere en sirkel om origo med radius a i x y planet, og så sette x. Vi får da π/ x ds a cos(t) ( sin(t)) + (cos(t)) + ( sin(t)) dt a π/ 1 a 1 + v dv, cos(t) 1 + sin (t) dt 6. mars 17 Side 4 av 7

der vi brukte substitusjonen v sin(t). Substitusjonen v sinh(p), samt identiteten 1 + sinh (p) cosh (p), gir så 1 sinh 1 a 1 + v dv a (1) cosh (p) dp a [ 1 cosh(x) sinh(x) + 1 x ] sinh 1 (1) a ( + sinh 1 (1)). 15.4.6: De tre linjesegmentene kan parametriseres som (t,, ), t 1, (1, s, ), s 1, (1, 1, r), r 1. Kall kurven bestående av disse tre linjesegmentene. Flyten av F langs er da gitt ved F dr + + 1 1 1 (t,, t) (1,, ) dt (1, s, (1 + s)) (, 1, ) ds (, 1 r, ) (,, 1) dr 1 + 1 1. En alternativ løsning er å observere at feltet er konservativt, ( x + y ) F(x, y, ) x y, for så å ta differansen av verdiene til denne potensialfunksjonen i endepunktene av kurven beskrevet over. 15.4.17: Vi begynner med å velge en parametrisering av integrasjonskurven 1 : (t, ), a t a : (a cos s, a sin s) s π, merk at dette gir den korrekte orienteringen, mot klokka. Begge integralene vi skal finne er da er summen av bidragene fra hver av disse to delene av kurven. 6. mars 17 Side 5 av 7

a) Vi regner ut integralet direkte x dy x dy + 1 x dy a + t d + a π π a cos s d(a sin s) (a cos s)(a cos s) ds a [ 1 s + 1 4 sin s ] π πa. b) Tilsvarende har vi y dx y dx + 1 y dx a + dt + a π π a sin s d(a cos s) (a sin s)( a sin s) ds a [ 1 s 1 4 sin s ] π πa. Merk: Oppgave 15.4. hinter til hvorfor summen av disse integralene er. Review exercise 15.8: Integralet av funksjonen F mellom de to punktene er uavhengig av valg av kurve mellom punktene dersom konstantene velges slik at F er konservativ, i så fall er verdien av integralet differansen av verdiene til den tilhørende potensialfunksjonen i de aktuelle punktene. Vi deriverer komponentene av F for å finne betingelser på a, b, og c. Fra dette ser vi at kun dersom b 3, a, og c 1. Vi har dermed funnet at y ax + 3, 3y, F x + 3, x F 3x + F 3 by, x by, F 3 y bx + 3cy. y F x, x, F y F ( xy + 3y, x + 3x + 3y, 3xy + y 3) 6. mars 17 Side 6 av 7

er konservativ. Ved inspeksjon ser vi at er en mulig potensialfunksjon. ϕ(x, y, ) x y + 3xy + y 3 Kurveintegralet av tangentialkomponenten av F langs en vilkårlig kurve med endepunktene p (, 1, 1) og p 1 (, 1, 1) blir dermed F d r ϕ(p 1 ) ϕ(p ) 11 ( 1) 1. 6. mars 17 Side 7 av 7