Løsningsforslag eksamen 18/ MA1102

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

Løsningsforslag til Mat112 Obligatorisk Oppgave, våren Oppgave 1

UNIVERSITETET I OSLO

Løsningsforslag. Oppgave 1 Gitt matrisene ] [ og C = A = 4 1 B = 2 1 3

1 Mandag 1. februar 2010

Løsningsforslag. Prøve i Matematikk 1000 BYFE DAFE 1000 Dato: 29. mai 2017 Hjelpemiddel: Kalkulator og formelark. Oppgave 1 Gitt matrisene.

Løsningsforslag eksamen i TMA4100 Matematikk desember Side 1 av 7

UNIVERSITETET I OSLO

Konvergenstester Forelesning i Matematikk 1 TMA4100

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

= x lim n n 2 + 2n + 4

Seksjonene 9.6-7: Potensrekker og Taylor/Maclaurinrekker

Eksamensoppgave i MA1102/6102 Grunnkurs i analyse II

UNIVERSITETET I OSLO

Alle svar skal grunngis. Alle deloppgaver har lik vekt.

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

Potensrekker Forelesning i Matematikk 1 TMA4100

Oppsummering TMA4100. Kristian Seip. 16./17. november 2015

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

Arne B. Sletsjøe. Oppgaver, MAT 1012

SIF5003 Matematikk 1, 5. desember 2001 Løsningsforslag

Prøve i Matte 1000 BYFE DAFE 1000 Dato: 03. mars 2016 Hjelpemiddel: Kalkulator og formelark. Alle svar skal grunngis. Alle deloppgaver har lik vekt.

UNIVERSITETET I OSLO

Generelle teoremer og definisjoner MA1102 Grunnkurs i analyse II - NTNU

Løsningsforslag Prøveeksamen i MAT-INF 1100, Høsten 2003

Seksjonene 9.6-7: Potensrekker og Taylor/Maclaurinrekker

UNIVERSITETET I OSLO

OPPGAVE 1 LØSNINGSFORSLAG

n=0 n=1 n + 1 Vi får derfor at summen er lik 1/2. c)

Oversikt over Matematikk 1

Institutionen för Matematik, KTH

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

UNIVERSITETET I OSLO

Løsningsforslag til Eksamen i MAT111

BYFE DAFE Matematikk 1000 HIOA Obligatorisk innlevering 5 Innleveringsfrist Fredag 15. april 2016 kl 14 Antall oppgaver: 8

Prøve i Matte 1000 ELFE KJFE MAFE 1000 Dato: 02. desember 2015 Hjelpemiddel: Kalkulator og formelark

Alle svar skal grunngis. Alle deloppgaver har lik vekt.

Løsningsforslag. e n. n=0. 3 n 2 2n 1. n=1

Taylor- og Maclaurin-rekker

Løsningsforslag. og B =

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

TMA4100 Matematikk 1, 4. august 2014 Side 1 av 12. x 2 3x +2. x 2

UNIVERSITETET I OSLO

UNIVERSITETET I OSLO

Matematikk 1 Første deleksamen. Løsningsforslag

Eksamen IRF30014, våren 16 i Matematikk 3 Løsningsforslag

13.1 Fourierrekker-Oppsummering

UNIVERSITETET I OSLO

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

UNIVERSITETET I BERGEN

UNIVERSITETET I OSLO

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

UNIVERSITETET I OSLO

Anvendelser av potensrekker

IR Matematikk 1. Eksamen 8. desember 2016 Eksamenstid 4 timer

UNIVERSITETET I OSLO

Rekker, Konvergenstester og Feilestimat

Mål og innhold i Matte 1

Konvergenstester Forelesning i Matematikk 1 TMA4100

Løsningsskisser - Kapittel 6 - Differensialligninger

Løsningsforslag. Avgjør om følgende rekker konvergerer. Finn summen til de rekkene som konvergerer. a) 2 2n /3 n

Løsningsforslag: Eksamen i MAT111 - Grunnkurs i Matematikk I

MA1102 Grunnkurs i analyse II Vår 2019

UNIVERSITETET I OSLO

Sammendrag R mai 2009

Test, 4 Differensiallikninger

Løsningsskisser til oppgaver i Kapittel Integrerende faktor

Høgskolen i Oslo og Akershus. 1 (x 2 + 1) 1/2 + x 1 2 (x2 + 1) 1/2 (x 2 + 1) = x 2x 2 x = = 3 ln x sin x

Løsningsforslag til utvalgte oppgaver i kapittel 10

EKSAMEN I MATEMATIKK 1000

9 + 4 (kan bli endringer)

MA1101 Grunnkurs Analyse I Høst 2017

Viktig informasjon. Taylorrekker

3.1 Første ordens lineære difflikninger. y + f(x)y = g(x) (3.1)

Løsningsforslag, Ma-2610, 18. februar 2004

Difflikninger med løsningsforslag.

LØSNINGSFORSLAG TIL EKSAMEN I MA0001 BRUKERKURS A Tirsdag 14. desember 2010

UNIVERSITETET I OSLO

MA1102 Grunnkurs i analyse II Vår 2019

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

Løsningsforslag til prøveunderveiseksamen i MAT-INF 1100, H-03

TMA4105 Matematikk 2 Vår 2014

UNIVERSITETET I BERGEN

Løsningsforslag til prøveeksamen i MAT 1110, våren 2006

Mål og innhold i Matte 1

UNIVERSITETET I OSLO

UNIVERSITETET I BERGEN

Løsningsforslag til prøveeksamen i MAT1050, vår 2019

Prøveunderveiseksamen i MAT-INF 1100, H-03

TMA4100 Matematikk 1, høst 2013

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

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

Løsningsforslag Eksamen M100 Høsten 1998

UNIVERSITETET I OSLO

Potensrekker Forelesning i Matematikk 1 TMA4100

MA0002 Brukerkurs i matematikk B Vår 2013

Løsningsforslag MAT102 Vår 2018

Løsningsforslag til prøveeksamen i MAT1100, H-14 DEL 1

Den deriverte og derivasjonsregler

Viktig informasjon. Taylorrekker

Transkript:

Løsningsforslag eksamen 8/5 009 MA0. Dette er en alternerende rekke, der leddene i størrelse går monotont mot null, så alternerenderekketesten gir oss konvergens. (Vi kan også vise konvergens ved å vise at rekken konvergerer absolutt, for eksempel ved å bruke integraltesten eller henvise til hva vi vet om p-rekker.) For alternerende rekker vet vi at summen s alltid ligger mellom to påfølgende delsummer, så vi må finne ut når avstanden mellom disse er mindre enn 0,0. Vi har = < 0,0, så det holder å legge sammen de fire første leddene for å få 5 3 5 et godt nok estimat for s: s 4 = ( ) 3 + ( ) 3 + ( )3 3 3 + ( )4 4 = + 8 7 + 64 = 549 78.. For en parametrisert kurve vet vi at buelengden er ) b ( dx dy + dt a dt dt for t mellom a og b. Vi har dx dy = 6t og = dt dt 6t så vi får buelengden L L = (6t) + (6t ) dt = 6t + t dt = 3 u du 0 = [ u 3/] = 4. 3. Vi antar at y = e rx er en løsning. Da får vi den tilhørende karakteristiske ligningen r 3 + 3r + 7r + 5 = 0. Vi bruker at r = er en rot, så (r ( )) = (r + ) er en faktor. Dividerer vi ut denne faktoren får vi (r 3 + 3r + 7r + 5) : (r + ) = r +r +5. De resterende røttene til den karakteristiske ligningen er dermed røtter til r +t+5 = 0. Med andregradsformelen får vi r = ±i så den karakteristiske ligningen har tre ulike røtter Dette gir oss løsinger y = e x r =, r + = + i, r = i. y + = e ( +i)x = e x e ix = e x (cos(x) + i sin(x)) y = e ( i)x = e x e ix = e x (cos( x) + i sin( x)) = e x (cos(x) i sin(x)) Lineære kombinasjoner av disse er løsninger, så vi får for eksempel følgende reelle løsinger y = e x y = (y + + y ) = e x cos(x) y 3 = i (y x y ) = e x sin(x) 0

Dette er tre lineært uavhengige reelle løsninger, så alle reelle løsninger kan skrives som en lineær kombinasjon av disse. Dermed er den generelle reelle løsningen der A, B og C er reelle konstanter. y(x) = Ae x + Be x cos(x) + Ce x sin(x) 4. a) Intervallet har lengde, slik at de fire delintervallene har lengde /4. Med f(x) = /x får vi dermed f() + f(5/4) f(5/4) + f(3/) T 4 = 4 + 4 f(3/) + f(7/4) f(7/4) + f() + + 4 4 = 4 ( + 4 5 + 3 + 4 7 + ) = 7 680 b) Med f(x) = x får vi f (x) = x 3. x 3 er en avtagende funksjon, så den tar størst verdi på [, ] i x =. f () = 3 = er dermed den største verdien f tar på [, ]. f er positiv på [, ] så f (x) på [, ]. Vi kan dermed bruke K = i formelen nederst på det vedlagte formelarket, og får x dx T 4 ( )3 4 = 96. Dermed vet vi at den virkelige verdien til integralet avviker med høyst /96 fra tallet vi regnet ut i a). Vi kan bruke samme formelen, med n i stedet for 4, for å finne ut hvor mange delintervall vi trenger for å garantere at den utregnede trapesmetodesummen avviker fra integralet med mindre enn 0 6. Sørg for at høyre side blir mindre enn 0 6 : x dx T n ( )3 n 0 6 0 6 6 n 000 n 6 000/ 6 408,. Dermed vil trapesmetoden med 409 delintervall garantert gi en feil mindre enn 0 6. 5. En måte å beskrive tangenten på er ved å finne stigningstallet. En måte å finne dette på er å uttrykke parabelen ved en ligning og finne dy/dx.

Hvis (x, y) er et punkt i planet er avstanden til brennpunktet (0, a) lik (x 0) + (y a) og avstanden til styrelinja y = a er lik y + a. For at (x, y) skal være på parabelen må disse avstandene være like. Hvis vi kvadrerer avstandene får vi x + (y a) =(y + a) x + y ay + a a =y a + ay + a x =4ay y = x 4a Dermed får vi dy/dx = x/a. I P (x 0, y 0 ) har tangenten altså stigninstall m = x 0 a. Linja gjennom P og Q vil ha stigningstall y x = y 0 x 0 = x 0 4a x 0 = x 0 a. Linja gjennom P og Q har altså samme stigningstall som tangenten, og må dermed være tangenten. Alternativt kan vi finne ut hva Q må være: Vi har at tangenten går gjennom P (x 0, y 0 ) og har stigningstall m = x 0 /a, finne et uttrykk for tangenten, finne ut når denne krysser y-aksen ved å sette x = 0 og finne at dette skjer i Q. 6. a) For å finne andregrads Taylorpolynom om x = 0 trenger jeg y(0), y (0) og y (0). De to første får jeg fra initialbetingelsene, og den siste får jeg ved å sette x = 0 og initialbetingelsene inn i ligningen: så y (0) = 0. Dermed får vi y (0) + 0 y(0) = 0, P (x) = y(0) + y (0)(x 0) + y (0) (x 0) = + x. b) Vi antar at løsningen y(x) er analytisk, slik at vi kan skrive y(x) = a n x n. I såfall er dette også Taylorrekken om x = 0, slik at vi må finne a 0, a,... a 6. Vi får y (x) = a n nx n n= y (x) = a n n(n )x n n= 3

Setter vi dette inn i differensialligningen får vi y xy = 0 a n n(n )x n x a n x n = 0 n= a n n(n )x n a n x n+ = 0 n= a + a n+ (n + )(n + )x n a n x n = 0 n= n= a + (a n+ (n + )(n + ) a n ) x n = 0 n= For at venstre side skal bli lik høyre side må alle koeffisientene være null, så vi må ha Den siste ligningen er det samme som a = 0 a n+ (n + )(n + ) a n = 0 a n+3 = a n (n + 3)(n + ). Fra initialbetingelsene får vi a 0 = a =, så vi får a 0 = a = a = 0 a 3 = a 0 3 = 6 a 4 = a 4 3 = a 5 = a 5 4 = 0 a 6 = a 3 6 5 = 80 Vi ser at alle koeffisientene er mindre enn, så vi kan sammenligne rekken med x n (ta absoluttverdier... ) og konkludere at rekken konvergerer hvertfall på (, ). Altså er løsningen analytisk, så tallene over er de syv første koeffisientene i Taylorrekken til løsningen. Vi så nettopp at vi hvertfall har konvergens på (, ), vi skal nå se at rekken konvergerer på hele tallinja. Det er sikkert mange måter vi kan gjøre det på, her er en mulighet. Vi pleier ofte å bruke forholdstesten når vi skal sjekke 4

konvergensradien til en potensrekke, men det kan bli litt knotete her fordi vi må hoppe over alle leddene der vi har null. Vi skal se på to og to potenser som et ledd: (a 0 + a x) + (a 3 x 3 + a 4 x 4 ) + (a 6 x 6 + a 7 x 7 ) + (a 9 x 9 + a 0 x 0 ) + For å slippe litt skriving ser vi kun på positive x i første omgang. Hvis vi ser på forholdet mellom to påfølgende ledd i denne rekken ser det slik ut +3 x 3n+3 + +4 x 3n+4 = x + + x 3 (3n+3)(3n+) (3n+4)(3n+3) x 3n + + x 3n+ + + x < x + + x 3 (3n+3)(3n+) (3n+)(3n+3) + + x x 3 + + x = (3n + 3)(3n + ) + + x x 3 = (3n + 3)(3n + ) Hvis vi lar n gå mot uendelig ser vi at dette går mot null, uavhengig av hva x er, så rekken konvergerer for alle positive x. Fordi konvergensintervallet er symmetrisk om sentrum til rekken (x = 0 i dette tilfellet) får vi også konvergens av rekken for alle negative x, slik at konvergensområdet for rekken er hele tallinja. Her er en alternativ, men ganske lik løsning, som en av dere leverte. I stedet for å se på to og to ledd sammen, se på de to rekkene a 0 + a 3 x 3 + a 6 x 6 +... = x 3n og a + a 4 x 4 + a 7 x 7 +... = + x 3n+. Hvis x er i konvergensområdet for begge disse rekkene vil x også være i konvergensområdet for rekken vi skal sjekke (hvorfor?). Vi kan bruke forholdstesten på hver av disse. For eksempel får vi a 3(n+) x 3(n+) x 3n = +3 x 3 = x 3 (n + 3)(n + ). Dette går mot null, uansett hva x er, spesielt er grenesen mindre enn. Dermed gir forholdstesten oss konvergens for denne rekken for alle tall x. Tilsvarende argument gir oss konvergens på hele tallinja også for den andre rekken. Det er også mulig å sammenligne rekken me Taylorrekken til (x + )e x3. Klarer du å fylle ut detaljene selv, og klarer du å se hvor motivasjonen for denne løsningsmåten kommer fra? 5