Oppgave 1 OPPGAVER OG LØSNINGSFORSLAG KONTINUASJONSEKSAMEN I FAG SMN 6147 OG SMN 6195 KOMPLEKS ANALYSE STED: HØGSKOLEN I NARVIK. KLASSE:4EL,4RTog5ID

Like dokumenter
Løsning til Kompleks Analyse, Øving 5

LØSNINGSFORSLAG TIL EKSAMEN I KOMPLEKS ANALYSE

EKSAMENSOPPGAVER FOR TMA4120 MATEMATIKK 4K H-03 Del B: Kompleks analyse

EKSAMENSOPPGAVER FOR TMA4120 MATEMATIKK 4K H-03 Del B: Kompleks analyse

Løsningsforslag til utvalgte oppgaver i kapittel 3

Løysingsforslag for TMA4120, Øving 9

UNIVERSITETET I OSLO. Løsningsforslag

UNIVERSITETET I OSLO

Komplekse tall. Kapittel 2. Den imaginære enheten. Operasjoner på komplekse tall

UNIVERSITETET I OSLO

Løsningsforslag. a) i. b) (1 i) 2. e) 1 i 3 + i LF: a) Tallet er allerede på kartesisk form. På polar form er tallet gitt ved

TMA4120 Matematikk 4K Høst 2015

DAFE BYFE Matematikk 1000 HIOA Obligatorisk innlevering 1 Innleveringsfrist Fredag 22. januar :00 Antall oppgaver: 5.

MAT Grublegruppen Uke 36

Innlevering i matematikk Obligatorisk innlevering nr. 4 Innleveringsfrist: 21. januar 2010 kl Antall oppgaver: 4.

4_Komplekse_tall.odt tg. Kap.4 Komplekse tall

Løsningsforslag for Eksamen i MAT 100, H-03

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

EKSAMEN I TMA4120 MATEMATIKK 4K, LØSNINGSFORSLAG

Løsningsforslag Eksamen M100 Høsten 1998

TMA4100 Matematikk 1 Høst 2014

Eksamensoppgave i MA1103 Flerdimensjonal analyse

UNIVERSITETET I OSLO

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

Alle svar skal grunngis. Alle deloppgaver har lik vekt.

Løsningsforslag til prøveeksamen i MAT1100, H-14 DEL 1

MAT Grublegruppen Uke 37

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

Løsningsforslag. 7(x + 1/2) 5 = 5/6. 7x = 5/ /2 = 5/6 + 3/2 = 14/6 = 7/3. Løsningen er x = 1/3. b) Finn alle x slik at 6x + 1 x = 5.

UNIVERSITETET I OSLO

Eksamen R2, Våren 2011 Løsning

Generell informasjon om faget er tilgjengelig fra It s learning.

TMA4105 Matematikk 2 Vår 2014

MA2201/TMA4150 Vår 2018

EKSAMENSOPPGAVE. Fys-1002 Elektromagnetisme. Adm.bygget B154 Kalkulator med tomt dataminne, Rottmann: Matematisk formelsamling

Løsningsforslag til øving 1

En (reell) funksjon f fra en (reell) mengde D er en regel som til hvert element x D tilordner en unik verdi y = f (x).

Uke 4: z-transformasjonen

UNIVERSITETET I OSLO

TMA4123/TMA4125 Matematikk 4M/4N Vår 2013

UNIVERSITETET I OSLO

Sammendrag R1. Sandnes VGS 19. august 2009

Sammendrag R mai 2009

UNIVERSITETET I OSLO

Emnenavn: Eksamenstid: 4 timer. Faglærer: Hans Kristian Bekkevard

I et eksperiment er det målt følgende sammenheng mellom to størrelser x og y. x Y = ax + b:

Løsningsforslag til Eksamen i MAT111

EKSAMEN Løsningsforslag

Uke 4: z-transformasjonen

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

Emnenavn: Metode 1 matematikk. Eksamenstid: 4 timer. Faglærer: Hans Kristian Bekkevard

Løsningsforslag til eksamen i TMA4105 matematikk 2,

Obligatorisk oppgave i MAT 1100, H-03 Løsningsforslag

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

Løsningsforslag til eksamen i MAT 1100, H06

UNIVERSITETET I OSLO

MAT1110. Obligatorisk oppgave 1 av 2

Komplekse tall og komplekse funksjoner

(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)

Dagens temaer. Definisjon av z-transformasjonen. Tema. Time 5: z-transformasjon og frekvens transformasjon. Fra forrige gang

UNIVERSITETET I OSLO

Løsningsforslag, eksamen MA1103 Flerdimensjonal analyse, 8.juni 2010

Alle svar skal grunngis. Alle deloppgaver har lik vekt.

The full and long title of the presentation

Løsningsforslag R2 Eksamen Nebuchadnezzar Matematikk.net Øistein Søvik

UNIVERSITETET I OSLO

HAVBØLGER. Her skal vi gjennomgå den enkleste teorien for bølger på vannoverflaten:

Fasit til eksamen i MEK1100 høst 2006

Eksamen i FO929A Matematikk Underveiseksamen Dato 9. desember 2008 Tidspunkt Antall oppgaver 6. Tillatte hjelpemidler Godkjent kalkulator

UNIVERSITETET I OSLO

UNIVERSITETET I OSLO

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

Generell informasjon om faget er tilgjengelig fra It s learning.

Uke 4: z-transformasjonen

Fremdriftplan. I går. I dag. 1.1 Funksjoner og deres grafer 1.2 Operasjoner av funksjoner

Oppgavesettet er på 3 sider eks. forside, og inneholder 12 deloppgaver: 1abc, 2, 3, 4abc, 5ab, 6ab.

Figur 2: Fortegnsskjema for g (x)

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

Notasjon i rettingen:

LØSNINGSFORSLAG. Skriv følgende komplekse tall både på kartesisk form som a + bi og på polar form som re iθ (r 0 og 0 θ < 2π). a) 2 + 3i.

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

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

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

Sammendrag R januar 2011

Løsningsforslag til Øving 6 Høst 2016

UNIVERSITETET I BERGEN

Eksamen REA3022 R1, Våren 2010

Komplekse tall: definisjon og regneregler

UNIVERSITETET I OSLO

Uke 5: Analyse i z- og frekvensdomenet

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

Fasit for eksamen i MEK1100 torsdag 13. desember 2007 Hvert delspørsmål honoreres med poengsum fra 0 til 10 (10 for perfekt svar).

Emnenavn: Eksamenstid: Faglærer: Christian F Heide

Løsningsforslag, eksamen MA1103 Flerdimensjonal analyse, vår 2009

Deleksamen i MAT111 - Grunnkurs i Matematikk I

UNIVERSITETET I OSLO

13 Oppsummering til Ch. 5.1, 5.2 og 8.5

Arne B. Sletsjøe. Oppgaver, MAT 1012

Løsningsforslag: Eksamen i MAT111 - Grunnkurs i Matematikk I

Transkript:

OPPGAVER OG LØSNINGSFORSLAG KONTINUASJONSEKSAMEN I FAG SMN 647 OG SMN 695 KOMPLEKS ANALYSE STED: HØGSKOLEN I NARVIK KLASSE:4EL,4RTog5ID DATO: 8 januar 004 TID: 9.00-.00 ANTALL SIDER: 0 (inklusiv formler) TILLATTE HJELPEMIDLER: Ingen KONTAKTPERSON UNDER EKSAMEN: Dag Lukkassen, tel. 769668 (mob. 9540545) Hver deloppgave teller like mye! Oppgave a) Skriv funksjonen f(z) =z + z +på formen f(z) =u(x, y) +iv(x, y), der u og v er reelle functioner, x og y er reelle og z = x + iy. Er u og v harmoniske funksjoner (begrunn svaret)? Svar: f(z) = (x + iy) +(x + iy)+= x xy ++x + i x y y + y. u og v harmoniske funksjoner fordi de er henholdvis realdelen og imaginærdelen til en analytisk funksjon (siden f 0 (z) eksisterer for alle z).

b) Finn følgende verdier: ³ Log( + i ) og Arg( i 7) Svar: + i = 4 + 4 i = π ei. Dermed er µ Log + =ln i + iπ = ln + iπ. Videre har vi at ³ i =e 6 πi, som gir at ³ ³ i 7 = e πi 7 ³ 6 = 7 e πi 7 6 = 7 e π7 6 i = 7 e 7π 6 i+πi = 7 e 5π 6 i. Dermed er ³ 5π Arg( i 7) = 6. c) Bestem antall nullpunkter til F (z) =z 5 +5iz + idisken z <. Har F (z) nullpunkter utenfor sirkelen z =? Svar: Sett F (z) =f(z)+g(z) der f(z) =z 5 og g(z) =5iz +. For z =har vi at f(z) = z 5 = 5 =, mens g(z) 5iz + =5 z +=5() += (trekantulikheten), altså g(z) < f(z) for z =. Vi vet at f(z) har 5 nullpunkter i disken z <. Rouché s theorem gir da at F (z) har 5 nullpunkter i disken z <. F (z) har ingen nullpunkter utenfor sirkelen z =ettersom F (z) er et polynom av grad 5 og har dermed kun 5 nullpunkter (i følge Algebraens fundamentalteorem).

d) Hva mener vi med at en avbildning er konform? Gi et kjennetegn på en konform avbildning. Hvordan deþnerer vi Mandelbrotmengden? Svar: Vi sier at f(z) er konform i punktet z 0 dersom f(z) er analytisk der og f 0 (z 0 ) 6= 0. Et kjennetegn: Vinkelen mellom to kurver som krysser hverandre i x, y planet og vinkelen mellom de to avbildede kurvene i u, v planet blir den samme (konform=bevarer). Mandelbrotmengden består av alle komplekse tall c slik at z n for alle n =,,..., der z n er deþnert rekursivt på følgende måte: ½ z z n = n + c for n z 0 =0 Oppgave a) La u(x, y) =x xy ++x. Vis at u er harmonisk i hele xy-planet og Þnn en harmonisk konjungert funksjon v til u. Svar: u xx + u yy =6x 6x =0, dvs u er harmonisk. v Þnnespåvanligmåte: v =x y y + y. b)la f(z) = z + z. Finn f 0 (z) uten å bruke formel og ved bare å ta i bruk deþnisjonen på f 0 (z), dvs. µ f(z + z) f(z) f 0 (z) = lim. z 0 z Svar: f(z + z) f(z) (z + z) +(z + z) (z + z) = z z = z +z z +( z) + z + z z z =z +( z)+ z +når z 0 z Dermed får vi : f 0 (z) =z +

c) Anta at f(z) er en hel funksjon. Bruk Liouville s teorem og ta i bruk eksponentialfunksjonen til å vise at dersom u =Ref(z) er begrenset, da er u konstant. Vis deretter at dersom v =Imf(z) er begrenset, da er v konstant. Svar: Som på øvingene setter vi g(z) =e f(z) og får g(z) = ef(z) = e u+iv = e u e iv = e u e iv = e u. Ettersom u C for en konstant C og e u er en voksende funksjon i u, har vi g(z) = e u e C = C. Videre er g(z) analytisk for alle z (g 0 (z) = f 0 (z)e f(z) eksisterer jo for alle z). Liouville s teorem gir nå at g(z) = e u+iv er konstant, dermed er g(z) = e u konstant, noe som innebærer at u er konstant (siden e u er en voksende funksjon i u). Tilsvarende gir betingelsen v C oss at v er konstant. For å vise dette ser vi på funksjonen h(z) =e if(z) og går fram på nøyaktig samme måte: h(z) = e if(z) = e i(u+iv) = ev+i( u) = ev e i( u) = e v e C = C. Liouville s teorem gir nå at h(z) =e i(u+iv) = e v iu er konstant, dermed er h(z) = e v konstant, noe som innebærer at v er konstant (siden e v er en voksende funksjon i v). Oppgave (avhengig av studieretning) a) (Denne deloppgaven skal bare besvares av elektro-og romteknologistudenter). La f(z) = +z + z z + z. Finn den inverse z-transformen til f(z) iområdet z >. Svar: Vi erstatter først z med x. Polynomdivisjon, deretter faktorisering av nevneren og til slutt delbrøksoppspalting gir =+ +x + x 5x =+ x + x x x + = 5x (x ) (x ) = 4 x + 9 x = 4

=+4 x 9. x De to siste leddene kan dermed for x < skrives som summen av geometriske rekker: +4 x 9 =+4 x n 9 ³ x n x = =+ 4 9 n x n. Bytter vi x med z får vi at for z > er f(z) =+ 4 9 n z n =+ 4 9 0 + =+ 4 9 0 + 4 9 n z n = n= {z} x(0) z 0 + 4 9 n z n n= 4 9 n {z } x(n),n Generelt har vi at dersom f(z) er z-transformen til x(n) da er f(z) = P n= x(n)z n. Dermed er den inverse z-transformen til f(z) iområdet z > : 0 n<0, x(n) = n =0, 4 9 n n. n= z n b) (Denne deloppgaven skal bare besvares av ingeniørdesignstudenter) Gjør nødvendige forutsetninger og anvend Navier Stokes likninger samt vektor-identiteten u + u Ou t = Op ρ + ν u, O u = 0, u Ou =(O u) u + O u, 5

til å bevise Bernoullis lov (ovenfor betyr O u det samme som div u, og O u det samme som curl u). Hvordan kan man under visse forutsetningene (oppgi hvilke) representere hastigheten u i -dimensjonale problemer ved hjelp av en analytisk funksjon? Svar: Ved å anvende vektor-identiteten vil den første Navier Stoke likningen kunne skrives slik: u t +(O u) u + O u = Op ρ + ν u. Forutsetter vi rotasjonsfri væske får vi at O u = 0. Dette gir oss likningen u t + O u = Op ρ + ν u. Legger vi til forutsetningen om stasjonær strømning, dvs. u/ t =0og ser bort i fra viskositeten, dvs. setter ν =0, får vi dermed at Ã! u O + p =0. ρ Dersom området væsken strømmer i er enkelt sammenhengende innebærer dette at u + p ρ =konst, Dette kalles Bernoulli s lov. Forutsetter vi at O u = 0 og kombinerer dette med den andre Navier Stoke likningen div u = 0 (som spesielt innebærer at [div u] =0) får vi ved anvendelse av Helmholtz teorem at φ u =[u,u ]= x, φ y der φ er en reell funksjon. Dette gir at φ x + φ y =div φ x, φ y =divu =0, dvs. φ er harmonisk. Lar vi ψ være den harmonisk konjungerte til φ, får vi at F (z) =φ(x,y) +iψ(x, y) er en analytisk funksjon. Representerer vi hastigheten u 6

som en kompleks funksjon u = u + iu og anvender Cauchy-Riemann -likningen ( φ/ y = ψ/ x) gir dette oss at u = φ x + i φ y = φ x i ψ x = φ x + i ψ x = F 0 (z). 7

Formler og tabellverdier. Tabell. Residuer φ (i radianer) sin φ cos φ tan φ 0 0 0 π 6 π 4 π π 0 Theorem.. La C værepositivtorientertenkeltlukketkontur. Hvisf er analyisk innenfor og på C unntatt et endelig antall punkter z,... z n innenfor C, da er Z nx f(z)dz =πi Res z=zi f (x). C Theorem.. Hvis f er analytisk overalt i planet unntatt i et endelig antall punkter innenfor en enkelt lukket kontur C (positivt orientert). Da er Z µ µ f(z)dz =πi Res z=0 C z f. z Theorem.. Et isolert singulært punkt z 0 av f(z) er en pol av orden m hvis og bare hvis f(z) kan skrives på formen f(z) = i= der φ(z) er analytisk og ulik 0 iforz = z 0. φ(z) (z z 0 ) m Res z=z0 f(z) = φ(m ) (z 0 ) (m )!. Theorem.4. La p og q være analytisk i z 0. Hvis p(z 0 ) 6= 0,q(z 0 ) = 0 og q 0 (z 0 ) 6= 0, da er z 0 en enkel pol til p(z)/q(z) og p(z) Res z=z0 q(z) = p(z 0) q 0 (z 0 ). 8

. Noen rekker 4. Laurent-rekker sin z = cos z = e z = z n n! for alle z. ( ) n z n+ (n +)! ( ) n z n (n)! z m+ z = for alle z. for alle z. mx z n for z 6=. z = X z n for z <. Theorem 4.. Anta at en funksjon f(z) er analytisk i området R < z z 0 < R og la C væreenpositivtorientertenkeltlukketkontursomomslutterz 0 og som ligger i dette området. Da gjelder at f(z) = a n (z z 0 ) n + b n (z z 0 ) n, n= hvor og a n = Z f(z) πi C (z z 0 ) b n = Z f(z) πi C (z z 0 ) n+ dz n+ dz. 9

5. Cauchy s integralformel Theorem 5.. Cauchy s formel: La f være analytisk innenfor og på en enkelt lukket kontur C, tatt i positiv retning. Hvis z 0 er et punkt innenfor C, da gjelder at f(z 0 )= Z f(z) dz. πi C z z 0 Mer generelt gjelder at f (n) (z 0 )= n! Z f(z) dz. πi C (z z 0 ) n+ 6. Cauchy s ulikhet Theorem 6.. La f(z) være analytisk på og innenfor en sirkel med radius R og sentrum i z 0 og anta at f(z) M R på sirkelen, da er 7. z-transformen f (n) (z 0 ) n!m R R n. Følge x[n] nx[n] x[n n 0 ] Transform X(z) z dx(z) dz z n 0 X(z) 0