3. Beräkna riktningsderivatan för funktionen f(x, y, z) = xy sin z, i riktningen v = (1, 2, 1), uträknad i

Relevanta dokument
För studenter i Flervariabelanalys Flervariabelanalys MA012B ATM-Matematik Mikael Forsberg

Figur 1: Postföretagets rektangulära låda, definitioner.

u av funktionen u = u(x, y, z) = xyz i punkten M o = (x o, y o, z o ) = (1, 1, 1) i riktningen mot punkten M 1 = (x 1, y 1, z 1 ) = (2, 3, 1)

f(x, y) = ln(x 2 + y 2 ) f(x, y, z) = (x 2 + yz, y 2 x ln x) 3. Beräkna en vektor som är tangent med skärningskurvan till de två cylindrarna

f(x, y) = ln(x 2 + y 2 + 1). 3. Hitta maximala arean för en rektangel inskriven i en ellips på formen x 2 a 2 + y2

Campus och distans Flervariabelanalys mag ATM-Matematik Mikael Forsberg och Yury Shestopalov (Mikael Forsberg)

1. Beräkna och klassificera alla kritiska punkter till funktionen f(x, y) = 6xy 2 2x 3 3y 4 2. Antag att temperaturen T i en punkt (x, y, z) ges av

4. Beräkna volymen av den tetraeder som stängs inne mellan koordinatplanen x = 0, y = 0 och z = 0 och planet. x F (x, y) = ( x 2 + y 2, y

2. Avgör om x och z är implicit definierade som funktion av y via följande ekvationssystem. x 3 + xy + y 2 + z 2 = 0 x + x 3 y + xy 3 + xz 3 = 0

Lösningsförslag till tentamen Torsdag augusti 16, 2018 DEL A

SF1626 Flervariabelanalys Lösningsförslag till tentamen DEL A

SF1626 Flervariabelanalys Lösningsförslag till tentamen DEL A

Institutionen för matematik SF1626 Flervariabelanalys. Lösningsförslag till tentamen Måndagen den 5 juni 2017 DEL A

SF1626 Flervariabelanalys Tentamen Torsdagen den 18 augusti 2016

SF1626 Flervariabelanalys Tentamen Torsdagen den 20 augusti 2015

SF1626 Flervariabelanalys Tentamen Tisdagen den 12 januari 2016

SF1626 Flervariabelanalys Lösningsförslag till tentamen DEL A

Tentamen i Flervariabelanalys F/TM, MVE , kl

Tentamen: Lösningsförslag

SF1646 Analys i flera variabler Tentamen 18 augusti 2011, Svar och lösningsförslag

SF1626 Flervariabelanalys Tentamen 18 augusti 2011, Svar och lösningsförslag

SF1626 Flervariabelanalys Tentamen Måndagen den 16 mars 2015

SF1626 Flervariabelanalys Lösningsförslag till tentamen DEL A

Lösningsförslag till tentamen Onsdagen den 15 mars 2017 DEL A

Lösningsförslag till tentamen TMA043 Flervariabelanalys E2

SF1626 Flervariabelanalys Lösningsförslag till tentamen DEL A. 1. En svängningsrörelse beskrivs av

SF1626 Flervariabelanalys Lösningsförslag till tentamen DEL A

1 x. SF1626 Flervariabelanalys Lösningsförslag till tentamen DEL A

SF1626 Flervariabelanalys Lösningsförslag till tentamen DEL A

Tentamen i Flervariabelanalys, MVE , π, kl

SF1626 Flervariabelanalys Tentamen Måndagen den 21 mars 2016

Lösningsförslag till TMA043/MVE085

SF1669 Matematisk och numerisk analys II Lösningsförslag till tentamen DEL A. r cos t + (r cos t) 2 + (r sin t) 2) rdrdt.

SF1626 Flervariabelanalys Tentamen Onsdagen den 15 mars 2017

(x + 1) dxdy där D är det ändliga område som begränsas av kurvorna

SF1626 Flervariabelanalys Tentamen Tisdagen den 7 juni 2016

SF1669 Matematisk och numerisk analys II Lösningsförslag till tentamen DEL A

Lösningsförslag till tentamen TMA043 Flervariabelanalys E2

Övningstenta: Lösningsförslag

SF1626 Flervariabelanalys Lösningsförslag till tentamen DEL A

Tentamen TMA044 Flervariabelanalys E2

SF1626 Flervariabelanalys Tentamen Tisdagen den 10 januari 2017

SF1626 Flervariabelanalys Lösningsförslag till tentamen DEL A

Lösningsförslag till tentamen Tisdagen den 10 januari 2017 DEL A

SF1626 Flervariabelanalys Lösningsförslag till tentamen DEL A

Tentamen i tmv036c och tmv035c, Analys och linjär algebra C för K, Kf och Bt A =, = det(a λi) = e 2t + c 2. x(t) = c 1. = c 1.

SF1626 Flervariabelanalys Lösningsförslag till tentamen DEL A

Inlämningsuppgift nr 2, lösningar

Lösning till kontrollskrivning 1A

= 0. Båda skärningsvinklarna är således π/2 (ortogonala riktningsvektorer).

4. Bestäm eventuella extrempunkter, inflexionspunkter samt horisontella och vertikala asymptoter till y = 1 x 1 + x, och rita funktionens graf.

TMV036 Analys och Linjär Algebra K Kf Bt, del C

SF1669 Matematisk och numerisk analys II Lösningsförslag till tentamen DEL A

Omtentamen MVE085 Flervariabelanalys

Tentamen SF1626, Analys i flera variabler, Svar och lösningsförslag. 2. en punkt på randkurvan förutom hörnen, eller

6. Räkna ut integralen. z dx dy dz,

LUNDS TEKNISKA HÖGSKOLA MATEMATIK. LÖSNINGAR FLERDIMENSIONELL ANALYS, FMA kl 8 13

Tentan , lösningar

Institutionen för Matematik, KTH Torbjörn Kolsrud

Omtentamen (med lösningar) MVE085 Flervariabelanalys

TMV036 Analys och linjär algebra K Kf Bt, del C

x (t) = 2 1 u = Beräkna riktnings derivatan av f i punkten a i riktningen u, dvs.

Kontrollskrivning 1A

1.1 Stokes sats. Bevis. Ramgard, s.70

TENTAMEN. Ten2, Matematik 1 Kurskod HF1903 Skrivtid 13:15-17:15 Fredagen 25 oktober 2013 Tentamen består av 4 sidor

UPPSALA UNIVERSITET Matematiska institutionen Michael Melgaard. Prov i matematik Prog: Datakand., Frist. kurser Derivator o integraler 1MA014

Flervariabelanalys E2, Vecka 3 Ht08

SF1626 Flervariabelanalys Lösningsförslag till tentamen DEL A

Lösningsförslag till tentamen TMA043 Flervariabelanalys E2

Tentamensskrivning, Kompletteringskurs i matematik 5B1114. Onsdagen den 18 december 2002, kl

Tentamen: Lösningsförslag

Tentamen MVE085 Flervariabelanalys

MMA127 Differential och integralkalkyl II

Tentamen i Matematisk analys, HF1905 exempel 1 Datum: xxxxxx Skrivtid: 4 timmar Examinator: Armin Halilovic

cos( x ) I 1 = x 2 ln xdx I 2 = x + 1 (x 1)(x 2 2x + 2) dx

Tentamen MVE085 Flervariabelanalys

(x 3 + y)dxdy. D. x y = x + y. + y2. x 2 z z

x sin(x 2 )dx I 1 = x arctan xdx I 2 = x (x + 1)(x 2 2x + 1) dx

SF1669 Matematisk och numerisk analys II Bedömningskriterier till tentamen Torsdagen den 4 juni 2015

Tentamen i matematik. f(x) = ln(ln(x)),

SF1669 Matematisk och numerisk analys II Lösningsförslag till tentamen DEL A

x ( f u 2y + f v 2x) xy = 24 och C = f

Bestäm ekvationen för det plan som går genom punkten (1,1, 2 ) på kurvan och som spänns

Tentamen i TATA43 Flervariabelanalys

1. För vilka värden på konstanterna a och b är de tre vektorerna (a,b,b), (b,a,b) och (b,b,a) linjärt beroende.

= 0 genom att införa de nya

Högskolan i Skövde (SK, YW) Svensk version Tentamen i matematik

Tentamen TMA044 Flervariabelanalys E2

TMV036/MVE350 Analys och Linjär Algebra K Kf Bt KI, del C

SF1626 Flervariabelanalys Bedömningskriterier till tentamen Måndagen den 16 mars 2015

Tentamen TMA044 Flervariabelanalys E2

Frågorna 1 till 6 ska svaras med sant eller falskt och ger vardera 1

Repetition, Matematik 2 för lärare. Ï x + 2y - 3z = 1 Ô Ì 3x - y + 2z = a Ô Á. . Beräkna ABT. Beräkna (AB) T

SF1626 Flervariabelanalys Tentamen Måndagen den 27 maj, 2013

av envariabelfunktionen g(t) och flervariabelfunktionen t = h(x, y) = x 2 + e y.)

SF1626 Flervariabelanalys

SF1626 Flervariabelanalys Lösningsförslag till tentamen DEL A

Tentamen TMA043 Flervariabelanalys E2

Tentamen i Flervariabelanalys F/TM, MVE035

SF1626 Flervariabelanalys Bedömningskriterier till tentamen Tisdagen den 7 juni 2016

Transkript:

ATM-Matematik Mikael Forsberg 73-3 3 För studenter i Flervariabelanalys Flervariabelanalys MAB Skrivtid: 9:-:. Hjälpmedel är formelbladen från insidan av Pärmen i Adams Calculus, dessa formler bifogas tentan. Lösningarna skall vara fullständiga och lätta att följa. Börja varje ny uppgift på ny sida. Använd ej baksidor. Skriv namn på varje inlämnat blad.. Beräkna och klassificera de kritiska punkterna till funktionen f(x, y) x + x + xy + y 3. Låt F (x, y, z) x + y + z och g(t) (t, t, t 3 ). Beräkna derivatamatrisen till den sammansatta funktionen H(t) f(g(t)). 3. Beräkna riktningsderivatan för funktionen f(x, y, z) xy sin z, i riktningen v (,, ), uträknad i punkten P (,, π/).. Den så kallade Cobb-Douglas funktionen f(x, y) cx a y b används inom Nationalekonomi för att beskriva totala produktionen av en vara mha kapitalinsatsen x och arbetsinsatsen y. Talen a och b är uppfyller oftast a + b och c är en konstant. I en studie så används funktionen som en modell för Hummerfiske, där f mäter hummerfångsten som funktion av antal humrar x och antal burar y som läggs ut. I studien beräknar Henderson och Tugwell talen a., b.8 och c. genom en empirisk studie och de beror på en mängd saker som var fisket sker, hur lång fiskesäsongen är, vattentemperatur etc. För vår uppgift ställer vi upp bivillkoret x + 3y 9 som skulle kunna tolkas som en fiskekvota eftersom antalet burar y bestäms av den totala hummermängden. Beräkna x och y som ger maximum för hummerfångsten f givet denna fiskekvota. 5. Beräkna volymen av det område som begränsas av cylindern x + y och de två planen y + z och z.. Rita upp integrationsområdet och gör ett lämpligt variabelbyte för att beräkna integralen 3 9 x 9 x y 3 9 x x dzdydx Henderson och Tugwell: Exploitation of the Lobster Fishery: Some Empirical Results, Journal of Environmental Economics and Management, 87-9(979).

7. Visa att det tvådimensionella vektorfältet F (x, y) (e y, xe y ) är konservativt och använd detta för att beräkna arbetet W F dr, C där C är den del av cirkeln x + y som ligger i övre halvplanet y. Vad blir arbetet om vi går hela varvet runt cirkeln? 8. Låt K vara den cylindriska kropp som begränsas av x + y 9, xy-planet och planet z. Beräkna F n ds, där F (x 3, y 3, z ) och n är den utåtriktade normalen till randytan K till kroppen K K

Svar till tentamen i Flervariabelanalys,... 3.. 5. π. 7. 8.

L osningar till tentamen i Flervariabelanalys,.. Ber akna f orst kritiska punkter. Detta kr aver att vi ber aknar f orstaderivatorna: f x + y + x f x + 3y y I de kritiska punkterna s a blir dessa derivator noll vilket ger oss tv a punkter p ( /3, /3) och p ( 3/, /) Nu beh over vi klassificera punkterna och vi anv ander andraderivatorna och determinanten till Hessianmatrisen f or detta. Vi har att " # f f x y x H[x, y] f f y y x y Vi f ar allts a att det H y I v ara punkter har vi det H p 5 <, och det H p 5 > och f > x p vilket g or att p ar sadelpunkt och p ett lokalt min. - - 5-5 - - Figure : Gr on punkt anger min och r od sadelpunkten. Vi har att F : R3 R och g : R R3, vilket visar att sammanst attningen ar ok. Derivatamatrisen till den sammansatta funktionen ges av DH DF (g(t)) Dg(t) Vi har att DF [x, y, z] och Dg t, 3t

vilket ger att DH DF (g(t)) Dg(t) [ t, t, t 3 ] t 3t t + t 3 + t 5 Funktionen H(t) är ju en reellvärd funktion av en variabel så derivatamatrisen blir därför en matris (dvs ett tal) och det finns därför ett annat, enklare sätt: Beräkna sammansättningen f(g(t)) explicit och sedan derivera denna envariabelfunktion 3. Gradienten till funktionen är Riktningsderivatan i riktninen v blir H(t) f(g(t)) t + t + t H (t) t + t 3 + t 5 f (y sin z, x sin z, xy cos z) D v F (x, y, z) F P v v (y sin z, x sin z, xy cos z) ((,, ) y sin z + x sin z + xy cos z Och när vi sätter in vår punkt P så får vi DF v (P ) sin π/ + sin π/ + cos π/ 3. Uppgiften handlar om att beräkna kritisk punkt för Lagrangefunktionen L(x, y, z) cx a y b + λ(x + 3 y 9), där vi noterar att vi behåller bokstäverna a, b och c så länge det går och så sätter vi in deras värden på slutet när det behövs. Partialderivatorna ska vara noll: Löser vi ut λ ur de två första ekvattionerna så får vi Sätter vi in detta i bivillkoret så får vi vilket ger att L x a c xa y b + λ L y b c xa y b + 3λ L λ x + 3 y 9 a c x a y b b 3 c xa y b y b 3a x x + 3 bx a 9 a + b a y x 9 x 9 a a + b, 9 b 3(a + b) Sätter vi in de konkreta siffrorna a., b.8 och c. så får vi att x y

5. Volymen kan skrivas som V R yda, där R är cirkelskivan x + y med radie centrerad i origo. Området R kan sägas begränsad av den övre och den undre halvcirkeln som ges av graferna till funktionerna ± x. Vi kan alltså skriva V x ( y)dydx 8 x dx π x }{{} π Vi noterar att den sista integralen (utan åttan alltså) är arean under kurvan x som ju är en cirkelbåge och arean här är därför arean av en halvcirkelskiva med radie och blir alltså πr / π.. Från integralen ser vi att < z < 9 x y. Området R för x och y ges, enligt integralens gränser, av R { 3 x 3, 9 x y 9 x } som är en cirkelskiva med radien 3, centrerad i origo. 8 Figure : Bild till lösningen av uppgift. Skärningen mellan kvadratytan z 9 x y och xy-planet är cirkeln x + y 9 Denna cirkel begränsar en cirkelskiva som också ligger mellan graferna till de två funktionerna y ± 9 x, som syns i uppgiftens integrationsgränser.

Uppgiftens situation kan ses i figur. Notera speciellt att volymen har en cirkulär symmetri kring z- axeln. Detta motiverar att det är lämpligt att använda cylindriska koordinater för att beräkna integralen. Med cylindriska koordinater så har vi att bascirkeln R kan skrivas som och integralen blir I π 3 9 r π 3 π 3 3 π R { r 3, θ π}, (r cos θ)rdzdrdθ [zr 3 cos θ] 9 r drdθ [(9r 3 r 5 ) cos θdrdθ cos θdθ 3 π π 3 π π 3 9 r r 3 cos θdzdrdθ [(9 r )r 3 cos θdrdθ ( ) 9r 3 r }{{} 3 3π ( + cos θ)dθ cos θdθ 7. Beräkna potential för fältet. Att en potential existerar visar att fältet är konservativt. Använd en sats för konservativa fält som säger att arbetsintegralen är lika med potentialens värde i slutpunkten minus dess värde i begynnelsepunkten. Potentialen blir Arbetet blir W C Φ(x, y) xe y F dr Φ(, ) Φ(, ) Integralen runt cirkeln blir noll eftersom start och slutpunkt då är samma. 8. Idén här är att använda divergenssatsen F nds, Vi har att K K F 3x + 3y + z FdV, Det är lämpligast att att använda cylindriska koordinater för att beräkna trippelintegralen. Man får K FdV K 3x + 3y + zdv π 3 (3r + z)rdzdrdθ 79π, där vi utnyttjat att kroppen K i cylindriska koordinater kan skrivas som K {(r, θ, z) : r 3, θ π, z 3}