Løysingsforslag for TMA4120, Øving 6

Like dokumenter
TMA4120 Matte 4k Høst 2012

TMA4123/TMA4125 Matematikk 4M/4N Vår 2013

Eksamen i TMA4123/TMA4125 Matematikk 4M/4N

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

Løsningsforslag eksamen i TMA4123/25 Matematikk 4M/N

TMA4135 Matematikk 4D Høst 2014

Eksamen i emnet M117 - Matematiske metodar Onsdag 7. september 2001, kl Løysingsforslag:

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

TMA Matematikk 4D Fredag 19. desember 2003 løsningsforslag

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.

TMA4100 Matematikk1 Høst 2008

I = (xy + z 2 ) dv. = z 2 dv. 1 1 x 1 x y z 2 dz dy dx,

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

Eksamensoppgave i TMA4135 Matematikk 4D: Løysing

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

UNIVERSITETET I BERGEN

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 BERGEN

MAT 100A: Mappeeksamen 4

Forelesning Matematikk 4N

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

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

LØSNINGSFORSLAG EKSAMEN MATEMATIKK 4N,

Eksamen i emnet M117 - Matematiske metodar Mandag 29. mai 2000, kl Løysingsforslag:

Eksamensoppgåve i TMA4135 Matematikk 4D

TMA4120 Matematikk 4K Høst 2015

Innlevering i TRFE 1000 Frist: 14. april Løysingsforslag

Forelesning Matematikk 4N

a 2πf(x) 1 + (f (x)) 2 dx.

Korreksjoner til fasit, 2. utgave

Sammendrag kapittel 1 - Aritmetikk og algebra

Eksamen i TMA4123/TMA4125 Matematikk 4M/N

Løsningsforslag Eksamen M100 Høsten 1998

EKSAMEN. 1. klassene, ingenørutdanning og Flexing. ANTALL SIDER UTLEVERT: 5 (innkl. forside og 2 sider formelark)

HØGSKOLEN I BERGEN Avdeling for ingeniørutdanning

TMA4125 Matematikk 4N

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.

TMA4123/TMA4125 Matematikk 4M/4N Vår 2013

1 Mandag 1. mars 2010

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

Kap 5 Laplace transformasjon. La f(t) være definert for t 0. Laplace transformasjonen er. F (s) = f(t)e st dt (1)

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

TMA4110 Matematikk 3 Haust 2011

Løsningsførslag i Matematikk 4D, 4N, 4M

Eksamen i TMA4122 Matematikk 4M

Derivasjon. Oversikt over Matematikk 1. Derivasjon anvendelser. Sekantsetningen

Løsning av utvalgte øvingsoppgaver til Sigma R2 kapittel 5

Innlevering i matematikk Obligatorisk innlevering nr. 5 Innleveringsfrist: 18. februar 2011 kl Antall oppgåver: 5 Ein skal grunngi alle svar.

Høgskolen i Oslo og Akershus. e 2x + x 2 ( e 2x) = 2xe 2x + x 2 e 2x (2x) = 2xe 2x + 2x 2 e 2x = 2xe 2x (1 + x) 1 sin x (sin x) + 2x = cos x

Løsningsforslag til eksamen i TFY4170 Fysikk 2 Fysikk 2 Torsdag 2. desember 2004

TMA4110 Matematikk 3 Haust 2011

)*+!,*- ".%! /01 & 2 01 &!

(s + 1) s(s 2 +2s+2) : 1 2 s s + 2 = 1 2. s 2 + 2s cos(t π) e (t π) sin(t π) e (t π)) u(t π)

TMA4100 Matematikk 1 Høst 2014

TMA4115 Matematikk 3 Vår 2012

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

Fasit til utvalgte oppgaver MAT1100, uka 20-24/9

Integrasjon Fundamentalteoremet Substitusjon Forelesning i Matematikk 1 TMA4100

Eksamensoppgave i TMA4135 Matematikk 4D

= (2 6y) da. = πa 2 3

2 Fourierrekker TMA4125 våren 2019

1 Mandag 18. januar 2010

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

1 Laplacetransform. Definisjon og grunnleggende egenskaper. Eksempel 1.5. Vi kan også beregne

Nynorsk. e) Ein bestemt ellipse kan i polarkoordinatar skrivast på forma. 2) Bruk lommereknaren og finn arealet av flatestykket avgrensa av grafen.

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

Eksamen TMA desember 2009

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

Potensrekker Forelesning i Matematikk 1 TMA4100

Fasit til utvalgte oppgaver MAT1110, uka 11/5-15/5

Repitisjon av Diverse Emner

Tema 2: Stokastiske variabler og sannsynlighetsfordelinger Kapittel 3 ST :44 (Gunnar Taraldsen)

EKSAMEN. 1. klassene, ingenørutdanning og Flexing. ANTALL SIDER UTLEVERT: 5 (innkl. forside og 2 sider formelark)

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,

Funksjoner av stokastiske variable.

y (t) = cos t x (π) = 0 y (π) = 1. w (t) = w x (t)x (t) + w y (t)y (t)

TMA4100 Matematikk 1 Høst 2014

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

Eksamen i FO929A Matematikk Underveiseksamen Dato 30. mars 2007 Tidspunkt Antall oppgaver 4 Sirkelskive i radianer.

Funksjoner av stokastiske variable.

gir g 0 (x) = 2x + x 2 (x + 3) x x 2 x 1 (x + 3) 2 x 5 + 2x 4 + 6x 3 + x 2 + x + 3 x 2 (x + 3) 2 g(x; y) h(x) F (x; y) =

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

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,

EKSAMEN. 1. klassene, ingenørutdanning og Flexing. ANTALL SIDER UTLEVERT: 5 (innkl. forside og 2 sider formelark)

Løysingsframlegg øving 1

Løsningsforslag til Eksamen i MAT111

Eksamensoppgave i TMA4125 Matematikk 4N

dy ycos 2 y = dx. Ved å integrere på begge sider av likhetstegnet får man ved å substituere u = y,du = dy dy ycos 2 y = 2du cos 2 u = x.

R2 - Heldagsprøve våren 2013

EKSAMEN. Ingeniørstudenter som tar opp igjen eksa- men (6stp.).

Løysingsframlegg TFY4305 Ikkjelineær dynamikk Haust 2012

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

Eksamensoppgave i TMA4135 Matematikk 4D

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

Løsningsforslag til Eksamen i fag MA1103 Flerdimensjonal analyse

FY2045/TFY4250 Kvantemekanikk I, løsning øving 10 1 LØSNING ØVING 10

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

Kapittel 10: Funksjoner av flere variable

Matematikk 1000, 2012/2013. Eksamensaktuelle numerikk-oppgåver

Løsning til øving 8 for FY1004, høsten 2007

Transkript:

Løysingsforslg for TMA42, Øving 6 October, 26 2..3 Set inn i likning: 2 u t 2 = c2 2 u x 2 2 (cos 4t sin 2x t 2 = c 2 2 (cos 4t sin 2x x 2 6 cos 4t sin 2x = 4c 2 cos 4t sin 2x. u er med ndre ord ei løysing v likning med c 2 = 4. 2..9 Set inn: (e π2t cos 25x t u er ei løysing for c 2 = π 2 /25 2. u t = c2 2 u x 2 = c 2 2 (e π2t cos 25x x 2 π 2 e π2t cos 25x = 25 2 c 2 e π2t cos 25x. 2..5 Vi hr t u(x, y = ln(x 2 + y 2 + b. u xx + u yy = ( x x 2 + y 2 2x + + ( y x 2 + y 2 2y + ( (x 2 + y 2 x 2x = 2 (x 2 + y 2 2 + (x2 + y 2 y 2y (x 2 + y 2 2 ( 2x 2 + 2y 2 2x 2 2y 2 = 2 (x 2 + y 2 2 =. Altså løyser u(x, y Lplce-likning. For x 2 + y 2 = hr vi ln + b = = b =

For x 2 + y 2 = får vi då Dermed hr vi ln + = = = ln u(x, y = ln ln(x2 + y 2. 2.3. Frekvensen til fundmentlmodusen er c/2l, der L er lengd på strengen og c 2 = T/ρ, der T er spenning og ρ er mss per lengdeeining. Frekvensen blir lågre når lengd på strengen eller mss per lengdeeining ukr. Om vi doblr spenning, blir frekvensen gng med 2. Ein kontrbss er strengt ttt større enn ein fiolin fordi vi hr bestemt oss for å bygge dei slik, men størrelsesforholdet gjer t kontrbssen lgr lydr med lågre frekvens, ltså djupre tonr. 2.3.7 Vi skl finne u(x, t for ein streng v lengde L = med c 2 = når initiell hstigheit er null og initielt utslg med liten k (si,. er kx( x. Løysing er gitt ved likning (2 i Kreyszig vsnitt 2.3. (Merk t sjølv om oppgåv løysst ved referering til ei likning i bok, er metod for å kome frm til likning, seprsjon v vriblr, viktig å kunne, så pss på t du meistrr den metod. Siden den initielle hstigheit er null, så er Bn =. Integrlet for B n løyser vi ved hjelp v Rottmnns formelsmling/delvis integrsjon. B n = 2 så kx( x sin nπx dx [ x = 2k n 2 sin nπx cos nπx 2x π2 nπ n 2 π 2 sin nπx 2 n2 π 2 x 2 n 3 π 3 ( = 2k nπ cos nπ 2 n2 π 2 n 3 π 3 cos nπ + 2 n 3 π { 3 for n like = 4k n 3 ( cos nπ = π3 u(x, t = 8k n 3 π 3 B n cos(nπt sin(nπx = 8k π 3 for n odde ] cos nπx ( cos πt sin πx + cos 3πt sin 3πx + cos 5πt sin 5πx +... 27 25 2

2.3.5 u tt = c 2 u xxxx u(x, t = F (xg(t F G = c 2 F (4 G F (4 (x F (x F G = c 2 G (t G(t Sidn høgresid er ein funksjon kun v x og venstresid er ein funksjon kun v t, må dei vere konstnte, sei β 4. Løysing v (2: Det krkteristiske polynomet er ( F (4 (x = β 4 F (x (2 G (t = c 2 β 4 G(t r 2 = c 2 β 4 = r = ±icβ 2 Komplekse røter gir trigonometrisk løysing G(t = A cos(cβ 2 t + B sin(cβ 2 t Løysing v (: Sjekk t den oppgitte funksjonen er ei løysing eller b Løys ( ved å nt F = e irx : Dermed er fire uvhengige løysingr. Sidn F (4 = β 4 F (ir 4 F = β 4 F F = r 4 = β 4 r 2 = ±β 2 r = ±iβ, r = ±β e iβx, e iβx, e βx, e βx e ±iβx = cos βx ± i sin βx sinh βx = 2 (eβx e βx cosh βx = 2 (eβx + e βx 3

og likning er lineær, er også sin βx, cos βx, sinh βx, cosh βx 4 uvhengige løysingr. Den generelle løysing er F (x = C cos βx + D sin βx + E cosh βx + F sinh βx. 2.3.6 I 2.3.5 fnn vi ut t F og G må vere på formene F (x = A cos βx + B sin βx + C cosh βx + D sinh βx G(t = cos(cβ 2 t + b sin(cβ 2 t. Vi ser t β = gir t u er konstnt, men på grunn v rndkrv er u = einste konstnte løysing, så frå no v ntek vi β. Viss ikkje F, må b =, sidn u t (x, = og dermed G ( =. Rndkrv gir følgnde: A + C = A cos βl + B sin βl + C cosh βl + D sinh βl = β 2 A + β 2 C = β 2 ( A cos βl B sin βl + C cosh βl + D sinh βl =. Første og tredje linje gir A = C =. Vi forenklr og får B sin βl + D sinh βl = B sin βl + D sinh βl =, som mellom nn gir D sinh βl =. Vi ntek β, så då må D =. Vi hr også B sin βl =. Her hr vi løysingr β = nπ/l, n =, 2, 3,.... Dermed får vi løysingr u n = F n (xg n (t = n sin nπx L for n =, 2, 3,..., der n er vlfrie konstntr. cos c(nπ2 t L 2 2.3.7 Vi skl finne løysing v (2 som tilfredsstiller u(x, = f(x = x(l x. Vi ser etter ei løysing på form u(x, t = F n (xg n (t, der F n og G n er funksjonne vi fnn i 2.3.6. Vi hr f(x = u(x, = n sin nπx L 4

Dette er Fourierrekk til f(x viss vi utvidr f til ein odde funksjon over ( L, L. Vi kn dermed finne koeffisientne n (ver obs på t n her svrr til b n når ein finn Fourierkoeffisientne i bok: L n = 2 L ( x(l x sin nπx L dx = 2 L ( [ = 2 (L 2x L nπ nπ = 4L n 2 π 2 [x(l x(... ] L + L nπ [ L nπx cos nπ L = 4L2 n 3 π 3 ( ( n = { 8L 2 n 3 π, 3 Løysing er dermed u(x, t = n odde, n like. = n= n= n sin nπx L nπx sin L ] L L ] L cos c(nπ2 t L 2 (L 2x cos nπx L dx + L nπ L 2 sin nπx L dx 8L 2 (2n + πx (2n + 3 sin cos c(2n + 2 π 2 t π3 L L 2. 2.6.5 Rndkrv: u(, t = u(, t = for lle t. Initlkrv: u(x, = f(x = sin(.πx. f(x er si eig fourierrekke med B = og B n = n N\{} ( π = u(x, t = sin = sin x ( π x e.75π2 t c π e ( 2 t der c 2 = κ ρσ 2.6.2 Oppgitte krv: med κ =.4, ρ =.6 og σ =.56. u(, y = u(, y = u(x, =, og u(x, = 25, med = 24 5

Stedy-stte tempertur vil seie t temperturen ikkje lenger endrr seg med tid: u t =. Vrmeleiingslikning i to dimensjonr blir dermed 2 u = u xx + u yy =, ( som er Lplces likning. Bruker sepersjon v vriblr: Innsett i (: d 2 F dx 2 G + F d2 G dy 2 = d 2 F F dx 2 u(x, y = F (xg(y = G Vi hr dermed to ordinære differensillikningr: Med k = µ 2 > : d 2 G = k (en konstnt dy2 F kf =, G + kg = F (x = C e µx + C 2 e µx Initilkrv u(, y = u(, y = gir C = C 2 =. Med k = : F (x = C 3 x + C 4 Initilkrv u(, y = u(, y = gir C 3 = C 4 =. Med k = µ 2 < : Initilkrv u(, y = gir: Initilkrv u(, y = gir: F (x = C 5 cos(µx + C 6 sin(µx C 6 sin(µ = C 5 cos + C 6 sin = µ = nπ C 5 = µ = nπ n =, ±, ±2,... F (x = C 6 sin 6

Med k = µ 2 blir likning for G(y: Med løysing Initilkrvet u(x, = gir C 8 = C 7 : G µ 2 G = G(y = C 7 e µy + C 8 e µy G(y = C 7 ( e µy e µy = 2C 7 sinh(µy ( nπy = 2C 7 sinh For kvr einste n får vi dermed ei løysing: u n (x, y = C 9 sin sinh ( nπy No er frmleis n =, ±, ±2, men sidn u n er odde mtp n (som betyr t u n er proporsjonl med u n held det å summere u(x, y for berre positive n. Løysing for n = er u =, som ikkje er særleg interessnt. Generell løysing: u(x, y = Bruker siste krv u(x, = 25: B n sin 25 = sinh ( nπy B n sin sinh(nπ som gir løysing u(x, y = B n sinh(nπ = 2 B n sinh(nπ 5 = 25 sin dx [ ] nπ cos B n sinh(nπ = 5 nπ ( ( n 5 B n = nπ sinh(nπ ( ( n 5 nπ sinh(nπ ( ( n sinh ( nπy sin 24 24 7

N e 2z+3i = e 2z e 3i = (e z 2 e 3i = e z 2 = 25 og O Ved innsetting ser vi t ( ( t (u ± u 2 2 x 2 (u u ± u 2 = t 2 u u2 x 2 ± t 2 u 2 x 2 =, (u + u 2 (, t = 2, (u u 2 (, t =, (u + u 2 (, t = 2b, (u u 2 (, t =. Altså løyser u + u 2 rndverdiproblemet u t 2 u x =, for t >, x (,, 2 u(, t = 2 for t >, u(, t = 2b for t > og u u 2 løyser (**. Superposisjonsprinsippet held for (* dersom Au (x, t + Bu 2 (x, t også løyser (* for lle reelle tl A og B: ( ( t (Au + Bu 2 2 x 2 (Au u + Bu 2 = A t 2 u u2 x 2 + B t 2 u 2 x 2 =, og (Au + Bu 2 (, t = (A + B og (Au + Bu 2 (, t = (A + Bb, dvs. Au (x, t + Bu 2 (x, t løyser (* berre når = b =. Dermed held superposisjonsprinsippet ikkje for (* når eller b er ulik null. Men det held for (** sidn (** svrr til (* med = b =. b Legg merke til t v t = u t, v xx = u xx, v(, t = u(, t og v(, t = u(, t b. Sidn u oppfyller (*, ser vi t v må oppfylle (**. Rndverdiproblemet (** er løyst i Kreyszig side 559-56, sjå der for detljr i utrekning. Innsetting v v(x, y = F (xg(t i (** gir G (t = kg(t for t >, F (x = kf (x for < x <, F ( = F ( =, 8

der k er ein konstnt. Likningne for F hr berre løysing ulik når k = n 2 π for n N, og då er F n (x = K n sin nπx og G n (t = C n e n2 π 2t, for vilkårlege konstntr K n, C n. Alle løysingr på form v(x, y = F (xg(t er då gitt ved v n (x, t = F n (xg n (t = A n e n2 π 2t sin nπx, der n N, og A n = K n C n er ein vilkårleg konstnt. c Hugs t = og b =, slik t u(x, t = v(x, t [ + 2x]. Vi ser då t v løyser rndverdiproblemet (** med initilkrv v(x, = u(x, + [ + 2x] = sin πx + [ + 2x]. ( Frå b og superposisjon hr vi følgnde kndidt til løysing v (** og (: Ved å sette t = får vi v(x, t = A n e n2 π 2t sin nπx. A n sin nπx = v(x, = sin πx + [ + 2x]. (2 No finn vi Fourier-sin-rekk til + 2x for x : + 2x = b n sin nπx for < x < og b n = 2 ( + 2x sin nπxdx. Delvis integrsjon gir t b n = 2 nπ ( + ( n for n N, og frå (2 ser vi dermed t vi må velje Dvs. løysing v (** og ( er A = b + og A n = b n for n >. v(x, t = e π2t sin πx + 4 π m= 2 2m e 4m π 2t sin 2mπx. Her hr vi brukt t b n = for odde n og b n = 4/nπ for n(= 2m like. Løysing u v (* og (*** er då u(x, t = v(x, t [ + 2x]. 9