TMA4100 Matematikk1 Høst 2009

Like dokumenter
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

e x = 1 + x + x2 2 + R 2(x), = e 3! ( 1) n x n = n! n=0 y n+1 = y 0 + f(t, y n (t)) dt 1 dt = 1 + x (1 + t) dt = 1 + x x2

= x lim n n 2 + 2n + 4

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

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

MA1101 Grunnkurs Analyse I Høst 2017

TMA4100 Matematikk 1 Høst 2014

Løsningsforslag eksamen i TMA4100 Matematikk desember Side 1 av 7

Løsningsforslag: Eksamen i MAT111 - Grunnkurs i Matematikk I

LØSNINGSFORSLAG EKSAMEN, MAT 1001, HØSTEN (x + 1) 2 dx = u 2 du = u 1 = (x + 1) 1 = 1 x + 1. ln x

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

OPPGAVE 1 LØSNINGSFORSLAG

Difflikninger med løsningsforslag.

MA0002 Brukerkurs i matematikk B Vår 2016

Potensrekker Forelesning i Matematikk 1 TMA4100

Potensrekker Forelesning i Matematikk 1 TMA4100

UNIVERSITETET I OSLO

UNIVERSITETET I OSLO

Løsningsforslag for eksamen i brukerkurs i matematikk A (MA0001)

Potensrekker Forelesning i Matematikk 1 TMA4100

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

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

Løsningsforslag til utvalgte oppgaver i kapittel 10

TMA4100 Matematikk 1 Høst 2014

Newtons metode - Integrasjon Forelesning i Matematikk 1 TMA4100

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

Løsningsforslag eksamen R2

x 3 x x3 x 0 3! x2 + O(x 7 ) = lim 1 = lim Denne oppgaven kan også løses ved hjelp av l Hôpitals regel, men denne må da anvendes tre ganger.

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

OPPGAVE 1 NYNORSK. LØYSINGSFORSLAG Eksamen i MAT111 - Grunnkurs i matematikk I onsdag 16. mai 2012 kl. 09:00-14:00. a) La z 1 = 3 3 3i, z 2 = 4 + i,

Løsningsskisser til oppgaver i Kapittel Integrerende faktor

Differensiallikninger Forelesning i Matematikk 1 TMA4100

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

UNIVERSITETET I OSLO

UDIRs eksempeloppgave høsten 2008

TMA4100 Matematikk 1, høst 2013

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

Løsningsforslag til Mat112 Obligatorisk Oppgave, våren Oppgave 1

MAT Vår Oblig 2. Innleveringsfrist: Fredag 23.april kl. 1430

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

EKSAMEN I MA0002 Brukerkurs B i matematikk

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

Differensialligninger

TMA4110 Matematikk 3 Høst 2010

Eksamen R2 Høst Løsning

TMA4100 Matematikk 1, høst 2013

UNIVERSITETET I OSLO

UNIVERSITETET I BERGEN

UNIVERSITETET I OSLO

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

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

MA0002 Brukerkurs i matematikk B Vår 2013

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

UNIVERSITETET I BERGEN Det matematisk-naturvitenskapelige fakultet. Eksamen i MAT111 Grunnkurs i matematikk I Løsningsforslag

Løsningsforslag, midtsemesterprøve MA1101, 5.oktober 2010

Løsning av utvalgte øvingsoppgaver til Sigma R2 kapittel 5

Prøve i R2. Innhold. Differensiallikninger. 29. november Oppgave Løsning a) b) c)...

LYØSINGSFORSLAG Eksamen i MAT111 - Grunnkurs i matematikk I onsdag 18. mai 2011 kl. 09:00-14: i( 3 + 1) = i + i + 1

Oppfriskningskurs Sommer 2019

Repitisjon av Diverse Emner

Løsningsforslag til eksamen i MA0002, Brukerkurs i matematikk B

Løsningsskisser - Kapittel 6 - Differensialligninger

UNIVERSITETET I OSLO

Løsningsforslag til eksamen i MAT111 - Grunnkurs i Matematikk I

Løsningsforslag, eksamen i MA0002, Brukerkurs i matematikk B

TMA4100 Matematikk 1 Høst 2014

Anbefalte oppgaver - Løsningsforslag

differensiallikninger-oppsummering

Eksamensoppgave i MA1102/6102 Grunnkurs i analyse II

TMA4123/TMA4125 Matematikk 4M/4N Vår 2013

Eksamen i emnet MAT111/M100 - Grunnkurs i matematikk I Mandag 15. desember 2003, kl (15) LØYSINGSFORSLAG OPPGÅVE 2:

Løsningsforslag Prøveeksamen i MAT-INF 1100, Høsten 2003

SIF5003 Matematikk 1, 5. desember 2001 Løsningsforslag

1+2 x, dvs. løse ligningen mhp. x. y = 100. y(1+2 x ) = = 2 x = y. xln2 = ln 100 y. x = 1 ln2 ln. f 1 (x) = 1 ln2 ln x

LØSNINGSFORSLAG EKSAMEN MA0002, VÅR 09

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.

UNIVERSITETET I OSLO

Fasit, Separable differensiallikninger.

MA0002 Brukerkurs i matematikk B Vår 2014

Differensiallikninger definisjoner, eksempler og litt om løsning

Oversikt over Matematikk 1

UNIVERSITETET I OSLO

Løsningsforslag til Eksamen i MAT111

MA1102 Grunnkurs i analyse II Vår 2014

TMA4100 Matematikk 1 Høst 2014

Kapittel 4: Differensiallikninger

Eksamensoppgave i MA1101/MA6101 Grunnkurs i analyse I. LØSNINGSFORSLAG

MA0002 Brukerkurs i matematikk B Vår 2014

Eksamen R2, Våren 2009

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

Funksjoner Forelesning i Matematikk 1 TMA4100. Hans Jakob Rivertz Institutt for matematiske fag 18. august 2011

x(x 1)(x 2) p(x) = 3,0 1( 1 1)( 1 2) Newtons interpolasjonsformel: Tabellen over dividerte differenser er gitt ved

Eksamen i TMA4123/TMA4125 Matematikk 4M/N

UNIVERSITETET I OSLO

Løsningsforslag Eksamen M100 Høsten 1998

Differensjalligninger av førsteorden

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

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

Problem 1. Problem 2. Problem 3. Problem 4

Derivasjon Forelesning i Matematikk 1 TMA4100. Hans Jakob Rivertz Institutt for matematiske fag 2. september 2011

Transkript:

TMA400 Matematikk Høst 2009 Norges teknisk naturvitenskapelige universitet Institutt for matematiske fag Løsningsforslag Øving 2 8926 Vi serieutvikler eksponentialfunksjonen e u om u 0 og får e u + u + 2 u2 + 6 u3 + 24 u4 + k0 Sett inn u t 2 og gang uttrykket med t 2 for å få integranden t 2 e t2 t 2 t 4 + 2 t6 6 t8 + 24 t0 Denne rekken integreres leddvis F(x) x 0 u k k! ( ) k t 2(k+) k0 t 2 e t2 dt 3 x3 5 x5 + 4 x7 54 x9 + 264 x 560 x3 + k! k0 ( ) k x 2k+3 (2k + 3)k! La P n (x) n ( ) k x 2k+3 k0 (2k+3)k! Observer av dette er en alternerende rekke for 0 x Av feilestimat formelen for alternerende rekker (Th 5 s 539) følger at F(x) P n (x) ( )n+ x 2(n+)+3 (2(n+)+3)(n+)! (2(n+)+3)(n+)! Den siste uligheten følger av at x Mao; F(x) P (x) F(x) P 2 (x) F(x) P 3 (x) F(x) P 4 (x) (2( + ) + 3)( + )! /4 (2(2 + ) + 3)(2 + )! /54 (2(3 + ) + 3)(3 + )! /264 /560 < 0 3 (2(4 + ) + 3)(4 + )! Polynomet P 4 (x) tilnærmer F(x) med feil mindre enn 0 3 i intervallet [0,] 89:37 Først finn vi Maclaurin-rekka til f(x) cos 2x Dei deriverte av cos 2x er f(x) cos 2x, f (x) 2sin 2x f (x) 2 2 cos 2x, f (3) (x) 2 3 sin 2x f (2n) (x) ( ) n 2 2n cos 2x, f (2n+) (x) ( ) n+ 2 2n+ sin 2x 24 november 2009 Side av 8

Løsningsforslag Øving 2 Maclaurin-rekka til f(x) er difor k0 f (k) (0) x k k! j0 ( ) j 2 2j x 2j (2j)! Her er det brukt at cos 0 og at sin 0 0 Ved å bruke identiteten som er gitt i oppgåva følgjer at Maclaurinrekka til sin 2 x er lik rekka til cos 2x 2 2 2 ( ) j 2 2j x 2j ( ) j+ 2 2j x 2j 2 (2j)! (2j)! j j0 Ved å derivere rekka leddvis får ein at Maclaurinrekka til (sin 2 x) 2sin xcos x er lik ( ) j+ 2 2j 2j x 2j ( ) j+ 2 2j x 2j (2j)! (2j )! Maclaurin-rekka til g(x) sin 2x finn vi på samme måte som vi fann rekka til cos 2x j j g(x) sin 2x, g (x) 2cos 2x g (x) 2 2 sin 2x, g (3) (x) 2 3 cos 2x g (2n) (x) ( ) n 2 2n sin2x, g (2n+) (x) ( ) n 2 2n+ cos 2x Ved å bruke at cos 0 og sin 0 0 får ein at Maclaurinrekka er lik k0 g (k) (0) x k k! j0 ( ) j+ 2 2j+ x 2j+ (2j + )! Ein kan lett sjå at denne rekka er lik rekka ovanfor ved å endre summasjonsgrensa 808 Vi bruker formelen for binomiske rekker ( + x 2 ) 3 + k ( ) 3 (x 2 ) k k 3 x2 + 2 9 x4 4 8 x6 + 808 Formelen for binomiske rekker gir oss ( ( x 2 ) ) 2 ( x 2 ) 2 + Vi multipliserer denne med 2x k 2x ( x 2 ) 2 2x + 4x3 + 6x 5 + 8x 7 + 0x 9 + ( ) 2 ( x 2 ) k +2x 2 + 3x 4 + 4x 6 + 5x 8 + k 2(k + )x 2k+ Alternativt kan man se at ( ( x 2 ) ) ( x 2 ) 2 Vi kan dermed komme fram til det samme svaret ved å derivere rekkeutviklingen til ( x 2 ) k0 24 november 2009 Side 2 av 8

Løsningsforslag Øving 2 5 d Vi ser at y 0 når y x, det tilsvarer de horisontale pilene i figur d 52 c Siden y ikke avhenger av x, er figur c den eneste muligheten Vi ser også at y 0 når y 53 a y 0 når x 0 (horisontale piler) og y går mot ± (vertikale piler) når y går mot 0 og x 0 54 b y 0 (horisontale piler) når y 2 x 2, det vil si når y x og y x 5220 Dette er en separabel differensialligning dy dx + xy x dy x( y) dx y dy xdx ln y 2 x2 + C Bruk initialbetingelsen til å finne C 2 7 y C 2 e 2 x2 y(x) 7e 2 x2 Alternativt kan man løse ligningen ved hjelp av integrerende faktor Ligningen er oppgitt på standardform der P(x) x og Q(x) x Vi finner integrerende faktor R v(x) e P(x)dx e 2 x2 Multipliser begge sider av ligningen med v(x) og integrer e 2 x2 y + e 2 x2 xy e 2 x2 x (ye 2 x2 ) e 2 x2 x ye 2 x2 e 2 x2 xdx e 2 x2 + C 3 y(x) + C 3 e 2 x2 Bruker initialbetingelsen og finner C 3 7 y(x) 7e 2 x2 24 november 2009 Side 3 av 8

Løsningsforslag Øving 2 5222 a) Ligningen er allerede på standardform med P(t) k m integrerende faktor R v(x) e P dt e k m t Multipliser og integrer og Q(t) 0 Vi finner e k m t u + e k tku m m 0 (e k m t u) 0 e k m t u C u(t) C e k m t Bruker initialbetingelsen til å finne C u 0 u(t) u 0 e k m t b) u du du dt + ku m 0 ( k m )dt ln u k m t + C 2 u(t) C 3 e k m t u(t) u 0 e k m t 5228 Vi har følgende sammenheng Endringsraten av CO i rommet Raten CO kommer inn Raten CO går ut La y(t) være mengden CO i rommet, og V 4500 være volumet av rommet Da blir Raten CO går ut y(t) V Raten luft blir pumpet ut Bruk at luft blir pumpet inn og ut med samme rate 03 og luften som blir pumpet inn inneholder 4% CO, da får vi av den første sammenhengen dy(t) dt 03 4% 00% 03 4500 y(t) Vi setter denne på standard form dy(t) dt + 03 y(t) 03 004 4500 24 november 2009 Side 4 av 8

Løsningsforslag Øving 2 Her er P 03 4500 og Q 03 004, denne differensialligningen kan løses ved å multiplisere med integrerende faktor v(t) e R P dt e 03 4500 t Vi får e 03 4500 t y + 03 4500 e 03 4500 t y 03 004e 03 4500 t (ye 03 4500 t ) 03 004e 03 ye 03 4500 t 4500 t 03 004e 03 4500 t dt 4500 004e 03 4500 t + C Ser at 4500 004 80 Bruk så initialbetingelsen y(0) 0 til å finne C 80, det gir y(t) 80 ( e 03 t) 4500 I oppgaven spør de om hvilken t som gir y(t) 4500 00% 00% 4500 00 y(t) 00 e 03 4500 t 00025 e 03 4500 t 00025 09975 03 4500 t ln(09975) t 4500 ln(09975) 38 03 Det tar altså cirka 38 minutter før karbonmonoksidkonsentrasjonen når 00% 53: a) Av likning () får ein at farta til syklisten er lik v(t) v 0 e kt/m der v0 v(0) 9m/s, k 39kg/s og m 66 + 7 Ved å integrere får ein at s(t) v(t) dt v 0 e kt/m dt C mv 0 k e kt/m Konstanten C finn ein ved å bruke at s(0) 0 C mv 0 k e k 0/m mv 0 k Så s(t) mv 0( e kt/m ) k Strekninga syklisten rullar finn ein ved å finne grensa lim t s(t) Strekninga syklisten rullar er difor lik lim s(t) lim t t mv 0 ( e kt/m ) mv 0 k k 685 24 november 2009 Side 5 av 8

Løsningsforslag Øving 2 b) Tida det tek før syklisten rullar i m/s er lik v(t) v 0 e kt/m ln v 0 kt m ln t m ln v 0 k 4 Det tek med andre ord tilnærma lik 4 sekund før syklisten rullar med ei fart på m/s Eksamensoppgave 27 a) Når x 0 er dette eit 0 0 fundamentalsetning og l Hopital s regel følger uttrykk Ved å bruke analysens lim x 0 x 0 ln( + t2 ) dt x 3 ln( + x 2 ) lim x 0 3x 2 lim x 0 2x ( + x 2 )6x /3 b) Dette er ei separabel differensiallikning Ved å samle x og y ledda på kvar si side av likskapsteiknet og deretter integrere får ein y ± C 2/x y() gir at y(x) + 3 2 x y dy dx x 2 y 2 /2 /x + C Eksamensoppgave 50 Opplysningene i oppgaven gir oss at dp(t) dt kp(t)e αt, der k er en konstant Dette er en separabel differensialligning P dp ke αt dt ln P k α e αt + C P(t) C 2 e k α e αt Bruk initialbetingelsen til å finne C 2 P 0 e k α P(t) P 0 e k α ( e αt ) 24 november 2009 Side 6 av 8

Løsningsforslag Øving 2 Ved å ta grenseverdien får vi lim t P(t) P 0e k α siden α > 0 Dette er en konstant Eksamensoppgave 78 f(x) x a) Vi må først vise at formelen gjelder for n Vi deriverer f(x) direkte f (x) 2( x) 3 2 Sett inn n i formelen, dette gir f (x) 2( x) 3 2 Siden disse er like har vi vist at den gjelder for n Vi antar så at formelen gjelder for n k, det vil si f (k) (x) (2k)! 2 2k k!( x) 2k+ 2 Vi må vise at den deriverte av dette uttrykket tilfredstiller formelen for n k+ Vi deriverer df (k) (x) dx (2k)! 2 2k k!( x) 2k + 2k+ + 2 2 (2k + )! 2 2k+ k!( x) 2k+ 2 + Gang med 2(k + ) over og under brøkstreken (2k + 2)! 2 2k+2 (k + )!( x) 2k+ 2 + (2(k + ))! 2 2(k+) (k + )!( x) 2(k+)+ 2 f (k+) (x) Vi har vist at df(k) (x) dx f (k+) (x), som er det andre kravet i et induksjonsbevis Ved induksjon følger det at formelen gjelder for alle heltall n > 0, som var det vi skulle vise 24 november 2009 Side 7 av 8

Løsningsforslag Øving 2 b) Taylors formel gir P 3 (x) f(0) + f (0)x + f (0) 2! x 2 + f (x) x 3 3! R 3 (x) f(4) (c) x 4, for en 0 < c x og x < 4! Vi setter inn i formelen for de deriverte og finner Dette gir f(0) f (n) (0) (2n)! 2 2n n! P 3 (x) + 2 x + 3 8 x2 + 5 6 R 3 (x) 35 28 ( c) 9 2 x 4, for en c mellom 0 og x, og x < c må være i intervallet [ 0,0] Vi velger c x 0 da det gjør at restleddet R 3 (x) blir størst mulig, slik er vi garantert at feilen er mindre enn R 3 (x) R 3 (0) 35 28 ( 0) 9 2(0) 4 44 0 5 < 5 0 5 Ved å sette inn i f(x) og P 3 (x) får vi f(0) P 3 (0) ( + 09 2 0 + 3 8 02 + 5 6 03 ) 3 0 5 Vi må finne en R n (x) som garantert er mindre enn 5 0 7 for x < 0 Det vil si må løse f (n) (0) 0 n < 5 0 7 n! Ved å sette inn forskjellige n finner vi f (5) (0) 0 5 4 0 6 5! f (6) (0) 0 6 4 0 7 6! Altså må vi velge n 6 for å få ønsket nøyaktighet 24 november 2009 Side 8 av 8