Fasit, Separable differensiallikninger.

Like dokumenter
Separable differensiallikninger.

Difflikninger med løsningsforslag.

Lineære differensiallikninger.

Repetisjon i Matematikk 1: Derivasjon 2,

EKSAMEN. TILLATTE HJELPEMIDLER: Kalkulator. John Haugan: Formler og tabeller. Rottmanns formelsamling (tillatt som overgangsordning)

MA1101 Grunnkurs Analyse I Høst 2017

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

EKSAMEN. Ingeniør- og Fleksibel ingeniørutdanning.

TMA4100 Matematikk 1, høst 2013

I løpet av uken blir løsningsforslag lagt ut på emnesiden Delvis integrasjon må brukes to ganger.

Anvendelser av derivasjon.

Forkurs, Avdeling for Ingeniørutdanning

Ubestemt integrasjon.

EKSAMEN. Hans Petter Hornæs og Britt Rystad

Fasit, Implisitt derivasjon.

Løsningsskisser til oppgaver i Kapittel Integrerende faktor

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

OPPGAVE 1 LØSNINGSFORSLAG

Fasit, Kap : Derivasjon 2.

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

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

Løsningsforslag: Eksamen i MAT111 - Grunnkurs i Matematikk I

Løsningsforslag midtveiseksamen Mat 1100

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

Eksamen i MAT1100 H14: Løsningsforslag

Funksjoner (kapittel 1)

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

Løsningsforslag til utvalgte oppgaver i kapittel 10

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

Korreksjoner til fasit, 2. utgave

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

UNIVERSITETET I OSLO

Løsningsforslag AA6526 Matematikk 3MX Privatister 3. mai eksamensoppgaver.org

u 4 du = 1 5 u5 + C = 1 5 (x2 +4) 5 + C u 1/2 du = 1 2 u1/2 + C = 1 2

TMA4100 Matematikk1 Høst 2009

UNIVERSITETET I OSLO

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

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

Differensiallikninger definisjoner, eksempler og litt om løsning

Eksamen R2, Våren 2011 Løsning

Prøveeksamen i MAT 1100, H-03 Løsningsforslag

Løsningsforslag Eksamen M001 Våren 2002

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

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

UNIVERSITETET I OSLO

Løsningsforslag til eksamen i MAT 1100 H07

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

Institutionen för Matematik, KTH

Eksamen R2 høst 2011, løsning

MA1410: Analyse - Notat om differensiallikninger

1 MAT100 Obligatorisk innlevering 1. 1 Regn ut i) iii) ii) Regn ut i) ii)

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

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,

SIF5005 Matematikk 2, 13. mai 2002 Løsningsforslag

1 Mandag 1. februar 2010

R2 Eksamen V

Eksamen R2 høsten 2014 løsning

EKSAMEN. TILLATTE HJELPEMIDLER: John Haugan: Formler og tabeller. Rottmanns formelsamling (tillatt som overgangsordning)

Løsningsforslag til eksamen i TMA4105 matematikk 2,

Kapittel 4: Differensiallikninger

Fasit, Anvendelser av integrasjon.

Hans Petter Hornæs,

Løsningsforslag Matematikk 2MX - AA mai 2006

Løsningsforslag eksamen R2

Løsning, funksjoner av flere variable.

Kapittel 2. Antiderivering. 2.1 Derivasjon

TMA4100 Matematikk 1, høst 2013

Matematikk 1 (TMA4100)

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

Løsningsforslag til eksamen i MA0002, Brukerkurs i matematikk B

Anbefalte oppgaver - Løsningsforslag

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

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

Eksamen i ELE Matematikk valgfag Torsdag 18. mai Oppgave 1

Fasit til obligatorisk oppgave i MAT 100A

TMA4100 Matematikk 1, høst 2013

Oppfriskningskurs i matematikk 2008

Løsningsforslag Eksamen M100 Høsten 1998

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 for MAT-0001, desember 2009, UiT

MAT jan jan jan MAT Våren 2010

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

EKSAMEN I MATEMATIKK 1000

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

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

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

Eksamensoppgave i MA1101/MA6101 Grunnkurs i analyse I. LØSNINGSFORSLAG

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

Løsningsskisser - Kapittel 6 - Differensialligninger

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

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

Løsningsforslag. Alle svar skal grunngis. Alle deloppgaver teller like mye.

Løsning av utvalgte øvingsoppgaver til Sigma R2 kapittel 5

Eksamen IRF30014, høsten 15 i Matematikk 3 Løsningsforslag

Eksamen R2 Høst Løsning

Eksamen REA3024 Matematikk R2. Nynorsk/Bokmål

TMA4110 Matematikk 3 Høst 2010

Normal- og eksponentialfordeling.

Areal - difflikninger - arbeid Forelesning i Matematikk 1 TMA4100

UNIVERSITETET I OSLO

Transkript:

Ukeoppgaver, uke 46, i Matematikk 0, Separable differensiallikninger. 3 Fasit, Separable differensiallikninger. a ) Denne er ferdig på formenf(y)y = g(x) medf(y) =3y 2 og g(x) =2x: 3y 2 dy dx =2x 3y2 dy =2xdx Integrere så begge sider (og har bare med integrasjonskonstanten C på høyresiden): 3y 2 dy = 2xdx y 3 = x 2 + C Tar 3. roten påbeggesiderogfår y = 3 x 2 + C Denne er også ferdigpåformenf(y)y = g(x), med f(y) =y og g(x) =. Den kan da skrives om ved ydy= dx dx ydy= dx 2 y2 = x + C y 2 =2x +2C Når C er en vilkårlig konstant er 2C også en vilkårlig konstant, og vi erstatter 2C med C. Tar kvadratrot på begge sider (i en partikulær løsning vil det være enten pluss eller minus foran rottegnet, ikke begge): c) cos(y) dy dx = e x cos(y) dy = e x dx. y = ± 2x + C Ikke glem den lille substitusjonen med u = x, så dx = du ved integrasjon av e x. Dette gir minusen i integralet: cos(y) dy = e x dx sin(y) = e x + C y =arcsin ( C e x) d) dy y 2 dx = x x2 + y 2 dy = x x2 + dx. Integralet med x løses med substitusjonen u = x 2 +, som gir du =2xdx xdx= du: 2 Deretter brukes potensregelen både på /y 2 = y 2 og / u = u /2 : y 2 dy = du u 2 y 2 dy = 2 u /2 du y = 2 /2 u/2 +C y = 2 2 u + C y = x 2 ++C y = x 2 ++C

4 Ukeoppgaver, uke 46, i Matematikk 0, Separable differensiallikninger. e) Her er e x og y på gal side av likhetstegnet i forhold til formen f(y)y = g(x). Dividerer derfor likningen med e x y e x y e x y = x y e x y y = x/e x dy y y /2 dx = xex y /2 dy = xe x dx Integralet på høyresiden løses som delvis integrasjon med u = x og v = e x, slik at u =ogv = e x : y /2 dy = xe x dx /2 y/2 = xe x e x 2 y = xe x e x + C Dividerer med 2 og kvadrerer begge sider av likningen: y =( 2 x ( 2 )ex + C y = ( 2 x ) 2 2 )ex + C f) Her må det omformes litt for åfå likningen på formenf(y)y = g(x): y y 2 = y =+y 2 +y 2 y = dy = dx +y2 + dx arctan(y) =x + C y =tan(x + C) 2 Oppgave 2 a) Funksjonen y = 0 er en mulig løsning av difflikningen, men kan ikke oppfylle tileggsbetingelsen (vi innser vel at masse 0 heller ikke oppnås i overskuelig framtid). Vi kan anta y 0 og defor uproblematisk dividere likningen med y. Divisjon med y gir likningen på standardform for separable difflikninger: y dy dt = λ dy = λdt y λdt ln(y) = λt + C Vi innser vel at massen aldri kan bli negativ, så det er unødvendig med absoluttverditegn på ln( y ). Integralet på høyresidenerå integrere en konstant. Bruker eksponentialfunksjonen på begge sider av likningen. Pass på å få med hele høyresiden opp i eksponenten: e ln(y) = e λt+c y = e C e λt Kan bestemme C nå fra initialbetingelsen y(0) = : = e C e 0 finne e C, selv om vi ser dette er oppfylt for 0). Partikulær løsning blir derfor y(t) =e λt e C =.(Nokå

Ukeoppgaver, uke 46, i Matematikk 0, Separable differensiallikninger. 5 Halveringstida gir en likning til å bestemme λ: y(5730) = /2 e λ 5730 =/2 Denne løses ved åtalnpå begge sider. Bruker at ln(/2) = ln(2 )= ln(2) = ln(2): ln ( e λ 5730) =ln(/2) λ 5730 = ln(2) λ = ln(2) 5730 Med kalkulator gir dette λ =0.00020 (Kanskje mer praktisk å bruke 000 år som enhet, da blir λ =0.20. Ihvertfall bør det være med 3 4 gjeldende siffer, λ =0.000 er 20% feil, og 4 C metoden til datering er mye mer nøyaktig enn det. c) Nåerλ =ln(2)/5730 og y(t) =0.724 kjent, og vi får en likning til å bestemme t: e λt =0.724 λt =ln(0.724) t = ln(0.724) ln(2)/5730 = 2670 Det vil si at leirplassen er ca 2670 år gammel, fra ca. 660 f.kr. Feilmarginen er av størrelsesorden ±50 år for 4 C dateringer av materiale med denne alderen, så hvisvi sier at den er fra mellom 700 og 600 f.kr. har vi vel et intervall med runde tall som sannsynligvis inneholder riktig datering. Oppgave 3 a) y +2xy =0 y = 2xy y y = 2x. b) Forutsatt at y 0,sedeloppg.c. y y = 2x 2xdx ln( y ) = x 2 + C Tar eksponentialfunksjonen på begge sider, og bruker dessuten at addisjon i eksponenten går over til produkt av eksponentilafunksjoner: e ln( y ) x2 +C = e y = e x2 e C c ) Siden høyresiden er absoluttverdien til y stemmer dette både om y = e C e x2 og y = e C e x2, som kan samles til y = ±e C e x2. Vi kan få e C til å bli hvilket som helst positivt tall C (ved åvelgec =ln(c )), og dermed C = ±e C til å bli hvilket som helst tall 0. I omformingen i a oppgaven dividerte vi med y, og kan da miste en eventuell løsning y = 0 (konstantfuksjon). Direkte innsetting i den opprinnelige likningen av y = 0, og dermed y = 0 viser at også dette er en løsning. Men denne løsningen kan også skrives påformenc e x2,hvisvisetterc =0.Detvilsiatviikkeharnoenbegrensningpå C. Til slutt bytter vi ut navnet C med C på denne vilkårlige konstanten, og har løsningen y = Ce x2.

6 Ukeoppgaver, uke 46, i Matematikk 0, Separable differensiallikninger. d) y +f(x)y =0 y = f(x)y y y = f(x) f(x) dx F (x)+c ln y = F (x)+c y = e y = ±e C F (x) e Helt tilsvarende drøfting som i forrige punkt gir at ±e C kan erstattes med C. Løsningssformelen er da y = Ce F (x) der F (x) =f(x), dvs. at F (x) = f(x) dx (uten integrasjonskonstant C). Oppgave 4 a) 2yy = 2x 2ydy= 2xdx y 2 = x 2 + C. Vi kan nå bestemme konstanten C: 4 2 = ( 3) 2 + C C = 6 + 9 = 25. Merk at løsningen dermed implisitt kan skrives på formenx 2 + y 2 = 25, likningen for en sirkel med sentrum i origo og radius 5. Når vi skal ha y som en funksjon av x kan vi bare bruke enten øvre eller nedre halvsirkel. Siden y(4) = 3 > 0 er det øvre halvsirkel som kan brukes, og dette får vi ved å bruke plusssroten: y = 25 x 2, 5 x 5. Begrensningen på definisjonsområdet kommer av at det under rottegnet ikke kan være negativt. Den eneste forskjellen fra a oppgaven er at nå ery(4) = 3 < 0, slik at det er minusroten som må brukes: y = 25 x 2, 5 x 5. c ) Integralet på venstre side får vi ved å snu derivasjonsregelen tan(x) =/ cos 2 (x): cos 2 (y) dy = dx tan(y) =x + C Innsetting av initialbetingelsen gir tan(π/4) = 0 + C C = tan(π/4) =. Eksplisitt løsning finner vi da ved å ta arctan på begge sider: tan(y) =x + y = arctan(x +) d ) Her er det ingen begrensninger, vi har automatisk at π/2 <y<π/2fra verdimengden for arcustangens. På dette området er cos(y) i nevneren i den opprinnelige likningen større enn 0. Integranden på venstre side er d arcsin(y), så dy dy = dx arcsin(y) =x + C y 2

Ukeoppgaver, uke 46, i Matematikk 0, Separable differensiallikninger. 7 Vi tar sinus på begge sider og finner y =sin(x + C). Initialbetingelsen gir da /2 = sin(c). En (av uendelig mange) løsninger av denne er C = π/6. Løsningen y =sin(x + π/6) er vel da akseptabelt svar. Litt mer inngående drøfting: Vi ser at y fra verdimengden til sinus, mens det på selve difflikningen må dettes en avgrensning <y<, siden nevneren ikke kan være 0. Det vil si at løsningen ikke er definert i maks og minpunktene for sinus. Siden vi ønsker kontinuerlige løsninger på et sammenhengende område må vi begrense løsningen til et intervall mellom en maks og en min, eller omvendt, av sinus. Siden x = 0 skal være med i området må definisjonsområdet være π/2 < x + π/6 <π/2 2π/3 <x<π/3. Den samme løsningen får vi om vi velger C = π/2+2kπ for et heltall k. Vi kunne imidlertid valgt C = 5π/6+2kπ også. Med k = 0 ville løsningen da blitt en essensielt annen, y =sin(x +5π/6) med definisjonsområde på nedoverbakken til sinus, π/2 <x+5π/6 < 3π/2 4π/3 <x<2π/3. Oppgaveteksten er ikke presis nok til å avgjøre hvilken av disse løsningene som skal velges. Hadde difflikningen vært formulert som y = y 2 hadde ikke argumentet om at y ± vært gyldig, og definisjonsområdet kunne vært alle x R. Det hadde imidlertid fortsatt eksistert to løsninger. Oppgave 5 En funksjon y = y(x) erdefinertforallex 0ved y = +y 4, y(0) = a ) c ) Siden + y 4 > 0 for alle y er y =/( + y 4 ) > 0. Når den deriverte er større enn 0 er funksjonen voksende. Siden y(0) = > 0 og funksjonen er voksende må funksjonsverdien også være større enn 0 for alle x>0. Vi kan finne derivere begge sider av likningen med hensyn på x. Påhøyresidenfår vi kjerneregelen med kjerne u = y: y = 4y3 ( + y 4 ) 2 y Siden vi vet at y>0er 4y 3 < 0. Dessuten er y > 0og(+y 4 ) 2 > 0, så y < 0. Da krummer grafen nedover (funksjonen er konkav). Hans Petter Hornæs