TMA4120 Matte 4k Høst 2012

Like dokumenter
TMA4123/TMA4125 Matematikk 4M/4N Vår 2013

Løsningsforslag eksamen i TMA4123/25 Matematikk 4M/N

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

Løysingsforslag for TMA4120, Øving 6

TMA4135 Matematikk 4D Høst 2014

TMA Matematikk 4D Fredag 19. desember 2003 løsningsforslag

Eksamen i TMA4123/TMA4125 Matematikk 4M/4N

LØSNINGSFORSLAG EKSAMEN MATEMATIKK 4N,

Eksamensoppgave i TMA4135 Matematikk 4D: Løysing

UNIVERSITETET I BERGEN

TMA4123/TMA4125 Matematikk 4M/4N Vår 2013

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

Eksamen TMA desember 2009

UNIVERSITETET I BERGEN

TMA4110 Matematikk 3 Høst 2010

Forelesning Matematikk 4N

Løsningsforslag til utvalgte oppgaver i kapittel 10

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.

(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

Løsningsførslag i Matematikk 4D, 4N, 4M

d) Vi skal nne alle lsningene til dierensialligningen y 0 + y x = arctan x x pa intervallet (0; ). Den integrerende faktoren blir R x e dx = e ln x =

TMA4100 Matematikk 1 Høst 2014

Oppsummering matematikkdel

MA0002 Brukerkurs i matematikk B Vår 2017

Oppsummering matematikkdel

MA0002 Brukerkurs i matematikk B Vår 2016

Løsningsskisser til oppgaver i Kapittel Integrerende faktor

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

Løsningsforslag Eksamen M100 Høsten 1998

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.

Løsningsskisser - Kapittel 6 - Differensialligninger

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

Eksamen i TMA4123/TMA4125 Matematikk 4M/N

TMA4100 Matematikk1 Høst 2009

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

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

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

Oppsummering matematikkdel

Differensjalligninger av førsteorden

TMA4125 Matematikk 4N

Eksamensoppgave i TMA4135 Matematikk 4D

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

TMA4120 Matematikk 4K Høst 2015

Eksamensoppgave i TMA4135 Matematikk 4D

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

Løsningsforslag: Eksamen i MAT111 - Grunnkurs i Matematikk I

Prøveeksamen i MAT 1100, H-03 Løsningsforslag

Eksamensoppgåve i TMA4135 Matematikk 4D

Forelesning Matematikk 4N

Eksamensoppgave i TMA4135 Matematikk 4D

MA0002 Brukerkurs i matematikk B Vår 2013

9 + 4 (kan bli endringer)

Løsningsforslag til eksamen i TFY4170 Fysikk 2 Tirsdag 9. desember 2003

Oppsummering matematikkdel ECON 2200

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

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

Løsningsforslag til øving 8

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

Eksamen i TMA4122 Matematikk 4M

Løsning til øving 8 for FY1004, høsten 2007

EKSAMEN I TMA4120 MATEMATIKK 4K, LØSNINGSFORSLAG

Anbefalte oppgaver - Løsningsforslag

MA1102 Grunnkurs i analyse II Vår 2014

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

MA0002 Brukerkurs i matematikk B Vår 2017

Sammendrag R mai 2009

Løsningsforslag eksamen i TMA4100 Matematikk desember Side 1 av 7

EKSAMENSOPPGAVER FOR TMA4120 MATEMATIKK 4K H-03 Del A: Laplacetransformasjon, Fourieranalyse og PDL

UNIVERSITETET I OSLO

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

f (x) = a 0 + a n cosn π 2 x. xdx. En gangs delvisintegrasjon viser at 1 + w 2 eixw dw, 4 (1 + w 2 ) 2 eixw dw.

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

Løsningsforslag. og B =

TMA4105 Matematikk2 Vår 2008

Oppsummering matematikkdel

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

Alle svar skal grunngis. Alle deloppgaver har lik vekt.

y(x) = C 1 e 3x + C 2 xe 3x.

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

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

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

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

Løsningsforslag til eksamen i TMA4105 matematikk 2,

Løsningsforslag for eksamen i Matematikk 3 - TMA4115

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

Løsningsforslag til Eksamen i MAT111

EKSAMEN I TMA4180 OPTIMERINGSTEORI

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

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

Kapittel Flere teknikker

Eksamensoppgave i TMA4123/TMA4125 Matematikk 4M/4N

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

FYS2140 Kvantefysikk, Løsningsforslag for Oblig 1

MA0002 Brukerkurs i matematikk B Vår 2014

MA0002 Brukerkurs i matematikk B Vår 2014

EKSAMEN i MATEMATIKK 30

To-dimensjonale kontinuerlige fordelinger

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

Transkript:

TMA Matte k Høst Norges teknisknaturvitenskapelige universitet Institutt for matematiske fag Løsningsforslag Øving 5 Løsningsforslag til oppgaver fra Kreyzig utgave :..a Skal vise at u(x, t = v(x + ct + ω(x ct løser tt u = c xx u. ( Deriverer og får u tt = c (v (x + ct + ω (x ct u xx = v (x + ct + ω (x ct. Setter man dette inn i ( så er det lett å se at h.s.=v.s. og dermed løser u(x, t (...5 u(x, y = a ln(x + y + b u xx = a (x + y x x (x + y = a y x (x + y Tilsvarende u yy = a x y (x + y og det er klart at u xx + u yy = For x + y = er u(x, y = a ln + b = b = For x + y = er u(x, y = a ln + = Altså a = ln b = 3. september Side av 6

.. Vi skal løse den partielle dierensialligningen u xy = u x. Vi innfører p = u x. Da kan ligningen skrives p y = p, og den kan løses som en separabel dierensialligning for p = p(x, y der y er fri variabel og x er parameter: p y = p, p p y =, ln p(x, y = y + C (x, p(x, y = e y+c(x = C(xe y. Vi kunne også løst p y p = som en l ineær første ordens dierensialligning. Nå har vi u x = p = C(xey og integrasjon mhp. x gir u(x, y = f(xe y + g(y der f(x = her er f(x og g(y vilkårlige funksjoner. C(x dx ;.3.7 Vi skal nne u(x, t for en streng av lengde L = med c = når initiell hastighet er null og initielt utslag med liten k (si,. er kx( x. Løsningen er gitt ved ligning ( i Kreyszig avsnitt.3 (Merk at selv om oppgaven løses ved referering til ligning i boka, er metoden for å komme frem til ligningen, separasjon av variable, viktig å kunne, så pass på at du behersker den metoden. Siden initiell hastighet er null, så er B n =. Integralet for B n løser vi ved hjelp av Rottmanns formelsamling/delvis integrasjon. B n = kx( x sin nπx dx [ x = k n sin nπx cos nπx x π nπ n π sin nπx n π x n 3 π 3 ( = k nπ cos nπ n π n 3 π 3 cos nπ + n 3 π { 3 for n like = k n 3 ( cos nπ = π3 8k n 3 π 3 for n odde ] cos nπx så u(x, t = B n cos(nπt sin(nπx n= = 8k π 3 ( cos πt sin πx + cos 3πt sin 3πx + cos 5πt sin 5πx +... 7 5.3. Vi skal nne u(x, t for en streng med lengde L = og c = med initialbetingelsene 3. september Side av 6

u t (x, = u(x, =, x x /, x 3 x, x 3 3, x. Ved bruk av separasjon av variable, beskrevet i avsnitt.3 i Kreyszig, så får man at B n =, og, ved hjelp av delvis integrasjon, B n = [ = (x sin(nπxdx + 3 ( 3 x sin(nπxdx nπ cos(nπx ( x + n π sin(nπx [ + nπ cos(nπx (x 3 n π sin(nπx = n π ( sin(n π sin(nπ for n odde og for n like. Dette gir B n = ( n π ± sin(n π, n odde. Og dermed blir løsningen ] ] 3 u(x, t = π (( cos(πt sin(πx 9 ( + cos(3πt sin(3πx + 5 ( + cos(5πt sin(5πx +....3. Vi skal nne utsvinget på en streng med lengde L = π og c = gitt initialbetingelser: u(x, = u t (x, = { x, x π/ π x, π/ x π En streng oppfyller den éndimensjonale bølgeligningen: u tt = c u xx. } f(x. Randvilkårene er at strengen er festet i begge ender, det vil si u(, t = u(π, t = t Vi følger den vanlige smørbrødlisten for løsing av partielle di.ligninger og antar separabel løsning, dvs. u(x, t = F (xg(t 3. september Side 3 av 6

De deriverte blir u tt = F G t t u xx = F xx G Innsatt i bølgeligningen med c = gir oss G tt G = F xx F = k, der k er en konstant. Argumentet for dette er som vanlig at om en funksjon kun av x er identisk med en funksjon kun av t, må begge funksjonene være en (og samme konstant k. Vi får to dekoblede ligninger: G tt kg = F xx kf = Vi ser først på ligningen for F. La oss anta at k = p med p R (det er ikke uten grunn at vi prøver denne muligheten først; litt fysisk intuisjon sier oss kanskje at svingninger på en streng er bølger som beskrives av funksjonene cosinus og sinus. Litt oversikt kan med andre ord spare oss endel regning: F xx = p F med generell løsning f(x = A cos px + B sin px. Konstantene må bestemmes ved rand- og initialbetingelser. Ser først hva vi får ved å kreve at strengen er festet i begge ender. u(, t = t, dvs. F ( =. Eneste ikketrivielle løsning er at A =. Videre krever vi at u(π, t = t, dvs. F (π = : F (π = B sin pπ =. Eneste ikketrivielle løsning får vi dersom p = n og n N. Vi har altså til nå F (x = B sin nx. Videre ser vi på ligningen for G: G tt = n G, med generell løsning: G(t = C cos nt + D sin nt. Initialbetingelsen u(x, =, dvs. G( = gir oss at C =. Vi samler konstanter ved B n D n = E n og skriver opp den generelle løsningen på hele problemet der vi summerer over alle n (som hver og én jo representerer en løsning av ligningen med tre av våre ialt re randvilkår: u(x, t = E n sin nx sin nt, n= altså en fouriersinusrekke i både x og t. Vi må anvende vår siste initialbetingelse for å bestemme konstantene E n. Den tidsderiverte blir u t (x, t = E n n sin nx cos nt, n= 3. september Side av 6

som skal oppfylle u t (x, = E n n sin nx n= Fourierkoesientene E n er gitt ved E n = π π = 5π = 5π π f (x sin nxdx = π π/ π x sin nxdx + 5π [ n sin nx x cos nx n π π/ ] π/ = 5π n sin(nπ = 5πn En sin nx = f(x. n= nx (π x sin xdx + 5π [ π n cos nx n sin nx + x n cos nx ] π π/ for n = m m + m + m + 3 Vi har her brukt at f er den odde periodiske forlengelsen av f. Endelig løsning blir omsider (med E n = E n/n: u(x, t = 5π [ ] (m + 3 sin(m + x sin(m + t sin(m + 3x sin(m + 3t (m + 3 3 m= = sin x sin t sin 3x sin 3t + sin 5x sin 5t... 5π 5π33 5π53...9 Vi har u tt = c u xx, u(, t = og u x (L, t =. Vi bruker separasjon av variable: u(x, t = F (xg(t, F ( =, F (L =. Ligninger for F og G er som påside 5. F kf = G c kg = Vi begynner med ligningen for F. Betingelsene F ( =, F (L = er kun oppfyllt hvis F n (x = A sin p n x, p n = π(+n, n =,,,... og k n = ( π(+n. Ligningen for G gir G n (t = A n cos cp n t + B n sin cp n t og superposisjon gir løsning u(x, t = sin p n x (A n cos cp n t + B n sin cp n t n= Initialbetingelsen u t (x, = medfører n= B ncp n sin p n x = som gir B n =. Til slutt benytter vi a u(x, = f(x. Dette gir f(x = A n sin p n x = n= sin n= π( + n x, < x < L (* 3. september Side 5 av 6

Summen av denne rekken er en odde funksjon (S( x = S(x som har periode L (S(x + L = S(x og oppfyller S( x = = n= ( A n sin π(n + A n sin n= π( + n x = S(x π( + n x For ånne koesientene A n denererer vi f( x = f(x, L < x < og ser at (* gir sinus-rekken til f på < x <. Vi har A n = = ( L L (n + π xdx (n + π xdx + L (n + π xdx Vi bruker at f( x = f(x og bytter variabel y = x i det andre integralet. A n = ( L L = L L (n + π xdx + (n + π xdx L f(y sin (n + π ( ydy 3. september Side 6 av 6