MA0002 Brukerkurs i matematikk B Vår 2017

Like dokumenter
MA0002 Brukerkurs i matematikk B Vår 2014

MA0002 Brukerkurs i matematikk B Vår 2016

MA0002 Brukerkurs i matematikk B Vår 2013

TMA4105 Matematikk 2 Vår 2014

Anbefalte oppgaver - Løsningsforslag

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

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

MA0002 Brukerkurs i matematikk B Vår 2014

MA0002 Brukerkurs i matematikk B Vår 2014

Løsningsforslag til eksamen i TMA4105 matematikk 2,

Innlevering BYPE2000 Matematikk 2000 HIOA Obligatorisk innlevering 2 Innleveringsfrist Tirsdag 1. april 2014 kl. 12:45 Antall oppgaver: 8+2

UNIVERSITETET I OSLO

+ (y b) F y. Bruker vi det siste på likningen z = f(x, y) i punktet (a, b, f(a, b)) kan vi velge F (x, y, z) = f(x, y) z.

Innlevering BYPE2000 Matematikk 2000 HIOA Obligatorisk innlevering 2 Innleveringsfrist Tirsdag 1. april 2014 kl. 12:45 Antall oppgaver: 8+2

Anbefalte oppgaver - Løsningsforslag

Løsningsforslag til eksamen i MA0002, Brukerkurs i matematikk B

TMA4105 Matematikk 2 Vår 2008

TMA4100 Matematikk1 Høst 2008

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

LØSNINGSFORSLAG TMA4105 Matematikk 2 8. August 2005

Løsningsforslag, midtsemesterprøve MA1103, 2.mars 2010

Arne B. Sletsjøe. Oppgaver, MAT 1012

Eksamensoppgavehefte 1. MAT1012 Matematikk 2: Mer funksjonsteori i en og flere variabler

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

Løsningsforslag, eksamen MA1103 Flerdimensjonal analyse, vår 2009

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

EKSAMEN I MA0002 Brukerkurs B i matematikk

Oppgave 1. e rt = 120e. = 240 e

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

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

TMA4123/TMA4125 Matematikk 4M/4N Vår 2013

Løsningsforslag til eksamen i MAT 1100 H07

Notater nr 9: oppsummering for uke 45-46

Løsningsforslag, eksamen i MA0002, Brukerkurs i matematikk B

a 2 x 2 dy dx = e r r dr dθ =

Løsningsforslag for eksamen i brukerkurs i matematikk A (MA0001)

The full and long title of the presentation

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

TMA4100 Matematikk 1 Høst 2014

UNIVERSITETET I OSLO

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

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

Eksamen, høsten 14 i Matematikk 3 Løsningsforslag

Løsningsforslag for MAT-0001, desember 2009, UiT

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.

Løsningsforslag, eksamen MA1101/MA

MA1102 Grunnkurs i Analyse II Vår 2015

= (2 6y) da. = πa 2 3

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

Løsningsforslag til prøveeksamen i MAT1100, H-14 DEL 1

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

MA0002 Brukerkurs i matematikk B. Eksamen 28. mai 2016 Løsningsforslag. Oppgave 1

Løsningsforslag, eksamen MA1103 Flerdimensjonal analyse, 8.juni 2010

UNIVERSITETET I BERGEN

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

4 ( ( ( / ) 2 ( ( ( / ) 2 ( ( / 45 % + 25 ( = 4 25 % + 35 / + 35 ( = 2 25 % + 5 / 5 ( =

Løsningsforslag til prøveeksamen i MAT 1110, våren 2006

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

MA1101 Grunnkurs Analyse I Høst 2017

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

Løsning, funksjoner av flere variable.

. 2+cos(x) 0 og alle biter som inngår i uttrykket er kontinuerlige. Da blir g kontinuerlig i hele planet.

Løsningsforslag til eksamen i MAT 1100, H06

TMA4100 Matematikk 1, høst 2013

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

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

UNIVERSITETET I OSLO

NTNU. TMA4105 Matematik 2 våren Maple-øving 1. Viktig informasjon. Institutt for matematiske fag. maple01 1.

Fasit MAT102 juni 2016

SIF 5005 Matematikk 2 våren 2001

MA0002 Brukerkurs i matematikk B Vår 2014

UNIVERSITETET I OSLO

Korreksjoner til fasit, 2. utgave

Institutt for Samfunnsøkonomi. Utlevering: Kl. 09:00 Innlevering: Kl. 14:00

Løsningsforslag i matematikk

TMA4120 Matte 4k Høst 2012

Løsningsforslag til prøveeksamen i MAT1050, vår 2019

LØSNINGSFORSLAG TIL EKSAMEN I FAGET 5005/7 MATEMATIKK 2 1. august der k er et vilkårlig heltall. Det gir

Oppgaver og fasit til seksjon

= x lim n n 2 + 2n + 4

Fasit til Flervariabelanalyse med lineær algebra

MA1102 Grunnkurs i analyse II Vår 2019

TMA4100 Matematikk 1 Høst 2014

EKSAMEN. Emne: Metode 1: Grunnleggende matematikk og statistikk (Deleksamen i matematikk)

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

TMA4105 Matematikk2 Vår 2008

MA0002 Brukerkurs i matematikk B Vår 2016

TMA4100 Matematikk 1 Høst 2014

MAT 110A - VÅR 2001 OBLIGATORISK OPPGAVESETT

LØSNINGSFORSLAG EKSAMEN TMA4105 MATEMATIKK 2 Lørdag 14. aug 2004

Fasit til eksamen i emnet MAT102 - Brukerkurs i matematikk II Mandag 21.september 2015

Oppgaver og fasit til kapittel 6

TMA4120 Matematikk 4K Høst 2015

Løsningsforslag Eksamen M100 Høsten 1998

Eksamen R2, Våren 2011 Løsning

Løsningsforslag, midtsemesterprøve MA1101, 5.oktober 2010

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

lny = (lnx) 2 y y = 2lnx x y = 2ylnx x = 2xlnx lnx

e y + ye x +2x xe y + e x +1 0 = 0

MAT feb feb feb MAT Våren 2010

Transkript:

Norges teknisk naturvitenskapelige universitet Institutt for matematiske fag MA0002 Brukerkurs i matematikk B Vår 2017 Løsningsforslag Øving 11 Oppgaver fra boken: 10.6 :, 8, 12, 19, 1, (valgfritt - 9, 26, 29). 10.6: Finn klassifisér alle kandidater til lokale ekstremalpunkter til funksjonen f : R 2 R gitt ved f(x, y) = x 2 y 4x 2 4y. (x, y) er et kritisk punkt hvis bare hvis ( f 0 = f(x, y) = x, f ) x = (2xy 8x, x 2 4) 2xy 8x = 0 x 2 4 = 0 = x = ±2 eller 0 y = 4 eller 0. Dermed har vi fått tre kritiske punkter (0,0), (2,4) (-2,4). Vi bruker Determinantmetoden til å klassifisere disse kritiske punkter: så på punktet (2,4) D = f xx (x 0, y 0 ) f yy (x 0, y 0 ) (f xy (x 0, y 0 )) 2 f xx = 2 f x 2 = 2y 8 f yy = 2 f y 2 = 0 f xy = 2 f x y = 2x f xx = 0 f xy = 4 f yy = 0 = D = 0 4 = 4 < 0 Dermed punkt (2,4) er sal punkt. Nå sjekker vi punkt (-2,4): f xx = 0 f xy = 4 f yy = 0 = D = 0 4 = 4 < 0 Dermed punkt (-2,4) er så et sal punkt. Til slutt sjekker vi punkt (0,0): f xx = 8 f xy = 0 f yy = 0 = D = 8(0) 0 = 0 Når D = 0, da er testen ubrukbart eller ikke avgjørende. 25. mars 2017 Side 1 av 9

10.6:8 Finn klassifisér alle kandidater til lokale ekstremalpunkter til funksjonen f : R 2 R gitt ved f(x, y) = yxe y (x, y) er et kritisk punkt hvis bare hvis 0 = f(x, y) = (ye y, xe y xye y ) = (ye y, x(1 y)e y ) (x, y) = (0, 0). Dermed er (0,0) et kritiske punkt. Vi bruker Determinant-metoden til å klassifisere dette punktet: D = f xx (x 0, y 0 ) f yy (x 0, y 0 ) (f xy (x 0, y 0 )) 2 f xx = 2 f x 2 = 0 f yy = 2 f y 2 = xe y x( ye y + e y ) = xe y + xye y xe y = xe y (y 2) så på punktet (0,0) f xy = 2 f x y = e y ye y f xx = 0 f xy = 1 f yy = 0 = D = 0 1 = 1 < 0 Dermed punkt (0,0) er sal punkt. 10.6:9 Finn klassifisér alle kandidater til lokale ekstremalpunkter til funksjonen f : R 2 R gitt ved f(x, y) = x cos y. (x, y) er et kritisk punkt hvis bare hvis 0 = f(x, y) = (cos y, x sin y) y = π 2 + nπ, n Z x = 0. Det er altså uendelig mange kritiske punkter, men alle ligger jevnt fordelt på y-aksen. Vi bruker Determinant-metoden til å klassifisere disse kritiske punktene: D = f xx (x 0, y 0 ) f yy (x 0, y 0 ) (f xy (x 0, y 0 )) 2 25. mars 2017 Side 2 av 9

så på punktet (0, π 2 + nπ) f xx = 0; f xx = 2 f x 2 = 0 f yy = 2 f = x cos y y2 f xy = 2 f x y = sin y ( π ) f xy = sin 2 + nπ = ( 1) n+1 ; f yy = 0 = D = f xx f yy (f xy ) 2 = 0 (( 1) n+1 ) 2 = ( 1) 2(n+1) = ( ( 1) 2) n+1 = 1 < 0 Dermed punkt (0,0) er sal punkt. 10.6:12 La a b være to konstanter la f : R 2 R være gitt ved a) Vis at f(0, 0) = 0. f(x, y) = ax 2 + by 2. b) Finn betingelsene på a b slik at (0,0) er henholdsvis et lokalt minimum, maksimum et sadelpunkt. a) f(0, 0) = f(x, y) (x,y)=(0,0) = (2ax, 2by) (x,y)=(0,0) = (0, 0). b) Andregrads partielle deriverte til f er Nå er f xx = 2 f x 2 = 2a f yy = 2 f y 2 = 0 f xy = 2 f x y = 2b D = f xx (0, 0) f yy (0, 0) (f xy (0, 0)) 2 = 4ab D = 4ab, f xx (0, 0) = 2 f (0, 0) = 2a, x2 så dermed kan vi konkludere at (0,0) er et lokalt minimum hvis bare hvis a b begge er positive, et lokalt maksimum hvis bare hvis a b begge er negative, et sadelpunkt hvis bare hvis a b har forskjellig fortegn. 25. mars 2017 Side av 9

10.6:19 Finn absolutt maksimum til funksjonen f : D R gitt ved f(x, y) = 2xy x 2 y xy 2 der domenet er trekanten D = {(x, y) 0 x 2, 0 y 2 x}. (tegn figur!) Funksjonen er deriverbar ( dermed kontinuerlig) på et lukket begrenset domene. Dermed finnes et absolutt maksimum, det ligger enten i et kritisk punkt eller på randen. Vi finner først de kritiske punktene: 0 = f(x, y) = (2y 2xy y 2, 2x x 2 2xy) 0 = 2y 2xy y 2 = y(2 2x y), 0 = 2x x 2 2xy = x(2 2y x) y = 0 eller y = 2 2x x = 0 eller x = 2 2y Her er det fire forskjellige kombinasjoner av løsninger: (x, y) = (0, 0), (2, 0), (0, 2) eller (2/, 2/). Alle ligger i domenet til f er kandidater til maksima. Merk at de tre første punktene er hjørnene til trekanten. Randen består av tre rette linjestykker. Vi må finne kandidater til maksima til f på linjene. På linjestykkene er verdien av f en funksjon av én variabel. På linjestykket 0 x 2, y = 0 kan f skrives som f(x, 0) = 0. Vi må nå finne kandidater til maksima til funksjonen f langs linje gitt ved 0 x 2, y = 0, men fordi y 0, så f har altså verdi 0 langs hele denne linjen. Linjestykket x = 0, 0 y 2 kan f skrives som f(0, y) = 0. Vi må nå finne kandidater til maksima til funksjonen f langs linje gitt ved 0 y 2, x = 0. Men igjen er x 0, så f har altså verdi 0 langs hele denne linjen. Linjestykket mellom hjørnene (0,2) (2,0), der x + y = 2, kan f skrives som f(x, 2 x) = 2x(2 x) x 2 (2 x) x(2 x) 2 = x(2(2 x) x(2 x) (2 x) 2 ) = x(4 2x 2x + x 2 (4 + x 2 4x)) = x(4 4x + x 2 4 x 2 + 4x) = x(0) = 0. 25. mars 2017 Side 4 av 9

Altså er f = 0 på hele randen. Nå er f ( 2, 2 ) = 2 2 ( ) 2 2 2 2 2 ( ) 2 2 ( = 2 2 2 ) ( ) 2 = = 8 27 > 0 ( ) 2 2 hvilket beviser at f har et absolutt maksimum i (x, y) = ( 2, 2 ). (f har absolutt minimum lik 0 i alle punktene på randen) 10.6:26 Anta f(x, y) har et horisontalt tangentplan i (0,0). Kan du konkludere at f har et lokalt ekstremalpunkt i (0,0)? Nei. Det kan være et sadelpunkt. 10.6:29 Finn det maksimale volumet en rektangulær boks med seks sider kan ha, når overfatearealet er A = 48 m 2. La x, y z være dimensjonene til boksen. Volumet er da V = xyz overflatearealet er A = 2(xy + xz + yz). (Tegn figur!). Det er oppgitt at A = 48 så høyden på boksen, z, er en funksjon av x y: z(x, y) = A/2 xy x + y = x + y. (1) Dermed kan volumet, som vi skal maksimere, så uttrykkes som en funksjon av x y. V (x, y) = xyz(x, y) = xy x + y. Før vi kan maksimere denne funksjonen, må vi vite hvilket domene den har. Alle sidene x, y z må være ikke-negative, men, som vi ser fra (2), kan ikke x y være 0 sammtidig. Altså må x 0 y 0 (x, y) (0, 0). Fra (2) ser vi at xy 24. Tilsammen gir dette domenet D = { (x, y) x 0, 0 y 24 x } \ {(0, 0)}. 25. mars 2017 Side 5 av 9

Vi kan ikke konkludere at det finnes et absolutt maksimum ettersom dometet ikke er lukket begrenset, men vi kan finne kritiske punkter avgjøre om de er lokale maksimum. (x, y) er et kritisk punkt hvis bare hvis nå er så vi må ha Dette er ekvivalent med 0 = V (x, y) ( = yz(x, y) + xy z x ) z (x, y), xz(x, y) + xy (x, y) y z 24 + y2 (x, y) = x (x + y) 2 z 24 + x2 (x, y) = y (x + y) 2 y x + y x x + y ettersom x + y > 0. Vi forenkler videre: 24 + y2 = xy (x + y) 2 24 + x2 = xy (x + y) 2. y()(x + y) = xy(24 + y 2 ) x()(x + y) = xy(24 + x 2 ) 24y 2 x 2 y 2 = 2xy 24x 2 x 2 y 2 = 2x y Vi ser at hvis y = 0, så medfører det at x = 0 omvendt. Dermed kan vi fastslå at x > 0 y > 0. der vi hele tiden har brukt at x, y > 0. 24 x 2 = 2xy 24 y 2 = 2xy x 2 = y 2 24 = x 2 (x, y) = (2 2, 2 2) Hvis V har et maksimum, så må det altså ligge i (x, y) = (2 2, 2 2). Vi kunne ha sjekket om dette er et lokalt maksimum ved å beregne Determinanten, men vi ville i såfall uansett ikke hatt redskaper til å kunne avgjøre om dette punktet er et absolutt maksimum. Det maksimale volumet, hvis det eksisterer, er V (2 2, 2 2) = 2 2 2 2 z(2 2, 2 2) = ( 2 2) = 16 2. 25. mars 2017 Side 6 av 9

Kommentar: Ikke overaskende, er det kuben som gir det største volumet. Dette kunne vært forutsett pga. symmetrien i funksjonene V z, nemlig at for alle (x, y) D er z(y, x) = 24 yx y + x = x + y = z(x, y) V (y, x) = yxz(y, x) = xyz(x, y) = V (x, y). Så hvis punktet (x 0, y 0 ) er et absolutt maksimum, er så punktet (y 0, x 0 ) et absolutt maksimum fordi V (x 0, y 0 ) = V (y 0, x 0 ). Hvis det nå finnes kun ett absolutt maksimum, så må (x 0, y 0 ) = (y 0, x 0 ), dvs x 0 = y 0 vi trenger bare å lete etter det på den parametriserte linjen c(t) = (t, t) T for t (0, 2 6). (når x, y = 2 6 er y = 24/x). På linjen c er volumet gitt som en funksjon av én variabel Det kritiske punktet er gitt ved g(t) = V (t, t) 0 = g (t) = 1 2 24 med løsning t = = 2 2. Altså, 2 24 t2 = t 2t = 1 ( 24t t ). 2 ( 24 t 2 ) hvis V har nøyaktig ett absolutt maksimum, så finnes det i (x, y) = (2 2, 2 2). 10.6:1 Finn det maksimale overflatearealet en rektangulær boks med seks sider kan ha, når volumet er V = 216 m. La x, y z være dimensjonene til boksen. Volumet er da V = xyz overflatearealet er A = 2(xy + xz + yz). (Tegn figur!). Det er oppgitt at V = 216 så høyden på boksen, z, er en funksjon av x y: z(x, y) = V xy = 216 xy. (2) Dermed kan overflatearealet, som vi skal maksimere, så uttrykkes som en funksjon av x y. A(x, y) = 2(xy + xz(x, y) + yz(x, y)) = 2(xy + 216 y + 216 x ). Før vi kan maksimere denne funksjonen, må vi vite hvilket domene den har. Alle sidene x, y z må være ikke-negative, men, som vi ser fra (2), kan ikke x y være 0 sammtidig. Altså må x 0 y 0 (x, y) (0, 0). Tilsammen gir dette domenet D = {(x, y) x 0, y 0} \ {(0, 0)}. 25. mars 2017 Side 7 av 9

Vi kan ikke konkludere at det finnes et absolutt maksimum ettersom dometet ikke er lukket begrenset, men vi kan finne kritiske punkter avgjøre om de er lokale maksimum. (x, y) er et kritisk punkt hvis bare hvis 0 = A(x, y) ( = 2y 42 ) 42, 2x x2 y 2 så vi må ha Dette er ekvivalent med 2y 42 x 2 = 0 2x 42 y 2 = 0. x 2 y = 216 y 2 x = 216 der vi hele tiden har brukt at x, y > 0. x 2 y = 216 y 2 x = 216 y = 216 x 2 216 = x (x, y) = (6, 6) Hvis A har et maksimum, så må det altså ligge i (x, y) = (6, 6). Vi kunne ha sjekket om dette er et lokalt maksimum ved å beregne Determinanten, men vi ville i såfall uansett ikke hatt redskaper til å kunne avgjøre om dette punktet er et absolutt maksimum. Det maksimale overflatearealet, hvis det eksisterer, er A(6, 6) = 2(xy + xz(6, 6) + yz(6, 6)) = 2(6 + 216 6 + 216 6 ) = 2(108) = 216 m2. 10.6: Avstanden fra origo (0,0,0) til punktet (x, y, z) er x 2 + y 2 + z 2. Finn den minste avstanden mellom et punkt i planet origo. (Hint: Minimér kvadratet av avstanden.) x + y + z = 1 () 25. mars 2017 Side 8 av 9

La punktet (x, y, z) ligge i planet gitt ved ligning (). Kvadratet av avstanden mellomm dette punktet origo er da s = x 2 + y 2 + z 2. Ettersom punktet ligger i planet, er z = 1 x y. Dermed kan s utrykkes som en funksjon bare av x y: s(x, y) = x 2 + y 2 + (1 x y) 2. Vi finner de kritiske punktene til s: 0 = s(x, y) = (2x 2(1 x y), 2y 2(1 x y)) x = y x = 1 x y Dvs. (x, y) = (1/, 1/). Domenet til s er R 2 som ikke er lukket begrenset, så vi kan ikke konkludere med at det finnes et absolutt minimum. Men hvis det finnes, så må det ligge i (1/,1/) avstanden fra origo er da s(1/, 1/) = (1/) 2 + (1/) 2 + (1 1/ 1/) 2 = (1/) 2 = 1. 25. mars 2017 Side 9 av 9