Institutionen för matematik KTH. Tentamensskrivning, , kl B1202/2 Diff och Trans 2 del 2, för F och T.

Relevanta dokument
Rita även upp grafen till Fourierseriens summa på intervallet [ 2π, 3π], samt ange summans värde i punkterna π, 0, π, 2π. (5) S(t) = c n e int,

Rita även grafen till Fourierserien på intervallet [ 2π, 4π]. (5) 1 + cos(2t),

Lösningsförslag, Tentamen, Differentialekvationer och transformer II, del 2, för CTFYS2 och CMEDT3, SF1629, den 9 juni 2011, kl.

Tentamen, SF1629, Differentialekvationer och Transformer II (del 2) 10 januari 2017 kl. 14:00-19:00. a+bx e x 2 dx

Tentamen, SF1629, Differentialekvationer och Transformer II (del 2) 11 april 2017 kl. 8:00-13:00

Lösningsförslag till tentamen i SF1683, Differentialekvationer och Transformmetoder (del 2) 4 april < f,g >=

Innehåll 1. Kapitel 6: Separation of Variables 1

y(0) = e + C e 1 = 1

Del I. Modul 1. Betrakta differentialekvationen

Institutionen för matematik KTH. Tentamensskrivning, , kl B1210 och 5B1230 Matematik IV, för B, M, och I.

Tentamen SF1633, Differentialekvationer I, den 23 oktober 2017 kl

KTH Matematik Tentamensskrivning i Differentialekvationer och transformer III, SF1637.

= e 2x. Integrering ger ye 2x = e 2x /2 + C, vilket kan skrivas y = 1/2 + Ce 2x. Här är C en godtycklig konstant.

Chalmers tekniska högskola Datum: kl Telefonvakt: Milo Viviani MVE500, TKSAM-2

Lösningsförslag till tentamen i SF1629, Differentialekvationer och Transformer II (del 2) 8 januari 2018

Kryssproblem (redovisningsuppgifter).

= y(0) för vilka lim y(t) är ändligt.

Fouriers metod, egenfunktionsutvecklingar.

= 1, fallet x > 0 behandlas pga villkoret. x:x > 1

Lösningar till tentamen i Transformmetoder okt 2007

, x > 0. = sinx. Integrera map x : x 3 y = cosx + C. 1 cosx x 3. = kn där k är. k = 1 22 ln 1 2 = 1 22 ln2, N(t) = N 0 e t. 2 t 32 N 1.

KTH Matematik Tentamensskrivning i Differentialekvationer I, SF1633.

5B1134 Matematik och modeller

Extra övningsuppgifter i Fourieranalys, 2012/13

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.

Tentamensskrivning i Differentialekvationer I, SF1633(5B1206).

SF1626 Flervariabelanalys

IV, SF1636(5B1210,5B1230).

SF1633, Differentialekvationer I Tentamen, torsdagen den 7 januari Lösningsförslag. Del I

} + t { z t -1 - z t (16-8)t t = 4. d dt. (5 + t) da dt. {(5 + t)a} = 4(5 + t) + A = 4(5 + t),

Lösning till tentamen i SF1633 Differentialekvationer I för BD, M och P, , kl

6. Räkna ut integralen. z dx dy dz,

8. Euklidiska rum 94 8 EUKLIDISKA RUM

ÖVN 11 & 12 DEL B - DIFFTRANS - DEL2 - SF Nyckelord och innehåll

MVE500, TKSAM Avgör om talserierna är konvergenta eller divergenta (fullständig motivering krävs). (6p) 2 n. n n (a) n 2.

Introduktion till Sturm-Liouvilleteori och generaliserade Fourierserier

SF1635, Signaler och system I

Transformmetoder. Kurslitteratur: Styf/Sollervall, Transformteori för ingenjörer, 3:e upplagan, Studentlitteratur

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

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

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

Partiella differentialekvationer och randvärdesproblem Separabla PDE Klassiska ekvationer och randvärdesproblem

Optimering, exempel. Funktionens enda stationära punkt är alltså origo. Den ligger också i det inre av mängden.

ÚÚ dxdy = ( 4 - x 2 - y 2 È Î

TATA 57/TATA80 18 augusti Lösningar 1) Lösning 1: Z-transformering av ekvationen (med hänsyn tagen till begynnelsevillkoren) ger.

Institutionen för Matematik, KTH Torbjörn Kolsrud

Matematiska Institutionen KTH. Lösning till tentamensskrivning på kursen Linjär algebra II, SF1604, den 9 juni 2011 kl

1. (4p) Para ihop följande ekvationer med deras riktingsfält. 1. y = 2 + x y 2. y = 2y + x 2 e 2x 3. y = e x + 2y 4. y = 2 sin(x) y

Uppsala Universitet Matematiska Institutionen Bo Styf. Sammanfattning av föreläsningarna 11-14, 16/11-28/

1+v(0)kt. + kt = v(0) . Detta ger sträckan. x(t) = x(0) + v(0) = x(0) + 1 k ln( 1 + v(0)kt ).

v0.2, Högskolan i Skövde Tentamen i matematik

1 dy. vilken kan skrivas (y + 3)(y 3) dx =1. Partialbråksuppdelning ger y y 3

Lösning till kontrollskrivning 1A

Tentamen TMA044 Flervariabelanalys E2

A dt = 5 2 da dt + A 100 =

ax + y + 4z = a x + y + (a 1)z = 1. 2x + 2y + az = 2 Ange dessutom samtliga lösningar då det finns oändligt många.

För startpopulationer lika med de stationära lösningarna kommer populationerna att förbli konstant.

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

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

Lösningsförslag v1.1. Högskolan i Skövde (SK) Svensk version Tentamen i matematik

DEL I. Matematiska Institutionen KTH. Lösning till tentamensskrivning på kursen Linjär algebra II, SF1604 för D, den 5 juni 2010 kl

2s + 3t + 5u = 1 5s + 3t + 2u = 1 3s 3u = 1

Lösningsförslag, preliminär version 0.1, 23 januari 2018

= = i K = 0, K =

Linjär Algebra, Föreläsning 9

SF1626 Flervariabelanalys Lösningsförslag till tentamen DEL A

MVE500, TKSAM-2. (c) a 1 = 1, a n+1 = 4 a n för n 1

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

ÖVN 11 & 12 DEL A - DIFFTRANS - DEL2 - SF Nyckelord och innehåll. Inofficiella mål

k=0 kzk? (0.2) 2. Bestäm alla holomorfa funktioner f(z) = f(x + iy) = u(x, y) + iv(x, y) sådana att u(x, y) = x 2 2xy y 2. 1 t, 0 t 1, f(t) =

(4 2) vilket ger t f. dy och X = 1 =

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

6. Temperaturen u(x) i positionen x av en stav uppfyller värmeledningsekvationen. u (x) + u(x) = f(x), 0 x 2, u(0) = 0 u(2) = 1,

Tentamen: Lösningsförslag

Edwin Langmann (Epost: x u(x, t); f (x) = df(x)

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

Kontrollskrivning 1A

Tentamen i Analys B för KB/TB (TATA09/TEN1) kl 08 13

KOKBOKEN 1. Håkan Strömberg KTH STH

TMV036 Analys och linjär algebra K Kf Bt, del C

4. Uppgifter från gamla tentor (inte ett officiellt urval) 6

SF1649, Vektoranalys och komplexa funktioner Tentamen, måndagen den 19 december Lösningsförslag. F n ds,

( ) = 2x + y + 2 cos( x + 2y) omkring punkten ( 0, 0), och använd sedan detta ( ).

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

Institutionen för Matematik, KTH Torbjörn Kolsrud

SF1626 Flervariabelanalys Lösningsförslag till tentamen DEL A

Ht Läsanvisningar till Hilbertrum och partiella differentialekvationer. Del 1. Ur Anton, Rorres; Elementary Linear Algebra

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

Tentamen i matematik. f(x) = 1 + e x.

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

Hjälpmedel: utdelad ordlista, ej räknedosa Chalmers tekniska högskola Datum: kl

Institutionen för Matematik. SF1625 Envariabelanalys. Lars Filipsson. Modul 1

Linjära avbildningar. Låt R n vara mängden av alla vektorer med n komponenter, d.v.s. x 1 x 2. x = R n = x n

Tentamen i Matematisk analys MVE045, Lösningsförslag

Tentamen i Envariabelanalys 2

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.

ett uttryck för en våg som beskrivs av Jonesvektorn: 2

x +y +z = 2 2x +y = 3 y +2z = 1 x = 1 + t y = 1 2t z = t 3x 2 + 3y 2 y = 0 y = x2 y 2.

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

Övningar. Nanovetenskapliga tankeverktyg.

Transkript:

Institutionen för matematik KTH Tentamensskrivning, 3-5-6, kl. 14. 19.. 5B1/ Diff och Trans del, för F och T. Hjälpmedel: BETA, Mathematics Handbook. För godkänt betyg 3 krävs 18 poäng, medan för betyg 4 krävs 5 poäng, och för betyg 5 3 poäng. Lösningarna skall motiveras väl! TENTAMENSSKRIVNING 1. Beräkna Fouriertransformen av funktionen { cost sin3t, < t < π, ft = t π. Fouriertransformen ges av formeln fω = ft e itω dt = Eftersom cosinus-funktionen är en jämn, får vi cost e itω dt = Enligt trigonometriska formler är så att om ω ±, cost sin3t e itω dt. cost cosωt i sinωt dt = cost cosωt = cos [ ω t ] + cos [ ω + t ], cost cosωt dt. cost cosωt dt = 1 ω sin [ ω π ] + 1 ω + sin [ ω+π ] = ω ω 4 sinωπ. Eftersom sinus-funktionen är udda, få vi likaså sin3t e itω dt = Enligt trigonometriska formler är så att om ω ±3, i sin3t cosωt i sinωt dt = i sin3t sinωt = cos [ ω + 3t ] + cos [ ω 3t ], sin3t sinωt dt. sin3t sinωt dt = i ω + 3 sin [ ω+3π ] i ω 3 sin [ ω 3π ] = 6i ω 9 sinωπ. Svaret blir således fω = ω ω 4 6i ω sinωπ, 9 för ω ±, ±3. Funktionen fω är kontinuerlig längs med hela reella axeln, p g a att 5 V.g. vänd!

f har begränsat stöd. I punkterna ±, ±3 erhålls alltså värdena som gränsvärden av funktionen i närliggande punkter.. Finn en lösning till Dirichlet-problemet u = på enhetsskivan D = { x, y : x + y 1 } med randvärdena ucos θ, sin θ = sin θ cos θ + sin θ, θ < π. 5 Laplace ekvation u skriv i polära koordinater r r r r u + θu =. Denna få med variabelseparations-metoden lösningen i polära koordinater Vi har givet att för r = 1, ur, θ = a + + r n a n cosnθ + b n sinnθ. u1, θ = sin θ cos θ + sin θ = 1 1 cosθ + sinθ. Detta ger lösningen u på formen ur, θ = 1 uttryckt i de vanliga x, y-koordinaterna. 1 r cosθ + r sinθ = 1 + 1 y x + xy, 3. Bestäm de konstanter a, b som minimerar integralen a + b x e x dx. 5

Polynomen P x = 1, P 1 x = x är ortogonala i L [, 1]. Deras normer i kvadrat är P =, P 1 = 3. Låt g beteckna funktionen gx = e x. Vi har då att och vidare P, g = P 1, g = e x P x dx = e x P 1 x dx = e x dx = e e, x e x dx = e. Den vektor i delrummet som uppspänns av P, P 1 vilken ligger närmast g är projektionen av g på delrummet, som kan skrivas P, g P P x + P 1, g P 1 P 1x = e e 3 e x. Detta ger värdena på a, b vid minimum: a = e e, b = 3 e. 4. Bestäm Fourierserien av funktionen gt = sin t + sin t, < t < π. 5 Vi vet att sin t = 1 1 cost. Vi observerar att g är en jämn funktion, så bara cosinus-termer kommer att förekomma. Enligt BETA, s. 31 har vi sin t = π 4 π 1 4n 1 cosnt. Lägger vi ihop dessa blir resultatet gt = sin t + sin t = π + 1 1 + 4 cost 4 1 3π π 4n 1 cosnt. n= V.g. vänd!

5. Genom att använda metoden med separation av variabler, lös ekvationen u xx = u t, < x < π, < t < +, med randvillkoren och begynnelsevillkoret u x, t = u x π, t =, < t < +, ux, = π x, < x < π. 6 Vi letar först efter variabelseparerade lösningar, dvs vi sätter och kräver därvid att ux, t = Xx T t, X = X π =, förutom att X X = T T, vilket följer ur värmeledningsekvationen. Eftersom vänster sida ovan bara beror av x, medan höger sida bara beror av t, följer att båda måste vara konstanta. Vi skriver således X X = T T = λ, och får ekvationerna X + λx =, T + λt =. Vi delar nu upp i tre olika fall. Fall 1. λ >, och vi skriver λ = ω, med ω >. Funktionen X är då på formen vilket leder till Vi finner ur X = X π = att X = A cosωx + B sinωx, X = A ω sinωx + B ω cosωx. B =, ω = n, där n är ett positivt heltal. Motsvarande funktion T blir T t = C e nt, så genom att välja C = får vi den kombinerade l sningen u n x, t = T t Xx = A n e nt cosnx.

Fall. λ =, och vi får att X = Ax + B, vilket tillsammans med X = X π = ger att A = och att X är konstant. Motsvarande T är likaså konstant, och den kombinerade l sningen blir u x, t = B. Fall 3. λ <, och vi sätter λ = ω med ω >. Här blir lösningen så att X = A e ωt + B e ωt, X = Aω e ωt Bω e ωt. Det följer nu ur X = X π = att A = B =, så i detta fall erhåller vi enbart triviala lösningar. Vi får enligt superpositionsprincipen den allmänna lösningen ux, t = Vi identifierar nu begynnelsedata: ux, = n= n= a n e nt cosnx. a n cosnx = π x, < x < π. Enligt BETA, s. 39, har vi cosinusserie-utveckligen π x = π + 4 π Det följer alltså att vår sökta lösning är ux, t = π + 4 π 1 n 1 cos n 1x, < x < π. e n t n 1 cos n 1x. 6. Beräkna integralen t 1 + t dt genom att betrakta Fouriertransformen till funktionen { e ht = t, t < +, e t, < t <. 5 V.g. vänd!

En direkt kalkyl ger vid handen att ĥω = ht e itω dt = iω 1 + ω. Enligt Plancherels formel har vi den generella identiteten I detta fall leder den till att ω 1 + ω dω = π ht dt = 1 π ht dt = π ĥω dω. Detta betyder att det sökta värdet på integralen är π/. e t dt = π. 7. Betrakta problemet med randvillkor u x + λ ux =, < x < π, u =, u π =. Finn ett fullständigt ortogonalt system av lösningar till detta problem i rummet L [, π], med avseende på standard-inre produkten i detta rum. 5 Om λ >, skriver vi λ = ω, där ω >, och löser ekvationen u + λu = : Detta leder till att u = A cosωx + B sinωx. u = Aω sinωx + B cosωx, så att när vi stoppar in randdata u = u π =, så finner vi att A = och att ω = n + 1, där n =, 1,, 3,.... För λ finner vi inga lösningar som är kompatibla med randdata u = u π =. Detta betyder att en bas av egenvektorer ges av [ u n x = sin n + 1 ] x, n =, 1,, 3,.... Dessa bildar den sökta basen. Den är ortogonal och fullständig enligt teorin för Sturm- Liouville-problem.