TATA44 Lösningar 26/10/2012.

Relevanta dokument
TATA44 Lösningar 24/8/ ) Låt S vara den del av x 2 + y 2 + z 2 = 2 innanför cylindern x 2 + y 2 = 1. Inför cylinderkoordinater.

TATA44 ösningar till tentamen 13/01/ ) Paraboloiden z = 2 x 2 y 2 skär konen z = x 2 + y 2 då x 2 + y 2 = 2 x 2 y 2. Med

A = D. r s r t dsdt. [(1 + 4t 2 ) 3/2 1]dt (1) där det sista steget fås genom variabelbytet u = 1 + 4s 2. Integralen. (1 + 4t 2 ) 3/2 dt

1.1 Stokes sats. Bevis. Ramgard, s.70

Vektoranalys III. Anders Karlsson. Institutionen för elektro- och informationsteknik

1.1 Gradienten i kroklinjiga koordinatsystem

Vektoranalys II. Anders Karlsson. Institutionen för elektro- och informationsteknik

Lösningsförslag till tentamen Torsdag augusti 16, 2018 DEL A

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

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

Tentamen: Lösningsförslag

Integraler av vektorfält Mats Persson

Inlämningsuppgift nr 2, lösningar

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

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

SF1626 Flervariabelanalys Lösningsförslag till tentamen DEL A

Tentamen i Flervariabelanalys, MVE , π, kl

Formelsamling. Elektromagnetisk fältteori för F och Pi ETE055 & ETEF01

Övning 6, FMM-Vektoranalys, SI1140

Kroklinjiga koordinater och räkning med vektoroperatorer. Henrik Johanneson/(Mats Persson)

FFM234, Klassisk fysik och vektorfält - Föreläsningsanteckningar

Institutionen för Matematik, KTH Torbjörn Kolsrud

SF1626 Flervariabelanalys Lösningsförslag till tentamen DEL A

Tentamen MVE085 Flervariabelanalys

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

Vektoranalys I. Anders Karlsson. Institutionen för elektro- och informationsteknik

SF1626 Flervariabelanalys Lösningsförslag till tentamen DEL A

Lösningar till tentamen i Elektromagnetisk fältteori för Π3 & F3

Lösningsförslag till tentamen TMA043 Flervariabelanalys E2

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

Lösningar till tentamen i Elektromagnetisk fältteori för Π3 & F3

y= x dx = x = r cosv $ y = r sin v ,dxdy = rdrdv ' 2* så får vi att

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

Övningstenta: Lösningsförslag

Tentamen TMA044 Flervariabelanalys E2

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)

Tentan , lösningar

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

1.1 Sfäriska koordinater

Skriftlig tentamen i Elektromagnetisk fältteori för π3 (ETEF01) och F3 (ETE055)

SF1626 Flervariabelanalys Lösningsförslag till tentamen DEL A

Lösningsförslag till tentamen TMA043 Flervariabelanalys E2

SF1626 Flervariabelanalys Lösningsförslag till tentamen DEL A

Tentamen i TATA43 Flervariabelanalys

SF1626 Flervariabelanalys Lösningsförslag till tentamen DEL A

SF1626 Flervariabelanalys Tentamen Torsdagen den 20 augusti 2015

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

Tentamen Modellering och simulering inom fältteori, 8 januari, 2007

SF1626 Flervariabelanalys Tentamen 18 augusti 2011, Svar och lösningsförslag

SF1626 Flervariabelanalys Lösningsförslag till tentamen DEL A

Visa att vektorfältet F har en potential och bestäm denna. a. F = (3x 2 y 2 + y, 2x 3 y + x) b. F = (2x + y, x + 2z, 2y 2z)

SF1626 Flervariabelanalys Tentamen Tisdagen den 7 juni 2016

SF1626 Flervariabelanalys Tentamen Måndagen den 16 mars 2015

Lösning till kontrollskrivning 1A

TMV036 Analys och Linjär Algebra K Kf Bt, del C

SF1626 Flervariabelanalys Lösningsförslag till tentamen DEL A

Tentamen: Lösningsförslag

SF1626 Flervariabelanalys Lösningsförslag till tentamen DEL A

Föreläsning 13, SF1626 Flervariabelanalys

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.

Tentamen (med lösningar) MVE085 Flervariabelanalys

Omtentamen (med lösningar) MVE085 Flervariabelanalys

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

1. Beräkna hastigheten, farten och accelerationen vid tiden t för en partikel vars rörelse beskrivs av r(t) = (2 sin t + cos t, 2 cos t sin t, 2t).

har ekvation (2, 3, 4) (x 1, y 1, z 1) = 0, eller 2x + 3y + 4z = 9. b) Vi söker P 1 = F (1, 1, 1) + F (1, 1, 1) (x 1, y 1, z 1) = 2x + 3y + 4z.

Institutionen för Matematik, KTH Torbjörn Kolsrud

Lösningar till seminarieuppgifter

Lösningsskiss för tentamen Vektorfält och klassisk fysik (FFM234 och FFM232)

6. Räkna ut integralen. z dx dy dz,

Integraler av vektorfalt. Exempel: En partikel ror sig langs en kurva r( ) under inverkan av en kraft F(r). Vi vill

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

SF1626 Flervariabelanalys Lösningsförslag till tentamen DEL A

Lösningsförslag till tentamen Onsdagen den 15 mars 2017 DEL A

SF1626 Flervariabelanalys Lösningsförslag till tentamen DEL A

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

Tavelpresentation. Grupp 6A. David Högberg, Henrik Nordell, Harald Hagegård, Caroline Bükk, Emma Svensson, Emil Levén

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

Tentamen TMA044 Flervariabelanalys E2

93FY51/ STN1 Elektromagnetism Tenta : svar och anvisningar

1 x. SF1626 Flervariabelanalys Lösningsförslag till tentamen DEL A

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

Institutionen för matematik KTH. Tentamensskrivning, , kl B1119, Vektoranalys, för Open.

Integranden blir. Flödet ges alltså av = 3

Tentamen, Matematik påbyggnadskurs, 5B1304 fredag 20/ kl

SF1626 Flervariabelanalys Tentamen Torsdagen den 18 augusti 2016

Tentamen i Flervariabelanalys F/TM, MVE035

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

Lösningsförslag till tentamen TMA043 Flervariabelanalys E2

Tenta svar. E(r) = E(r)ˆr. Vi tillämpar Gauss sats på de tre områdena och väljer integrationsytan S till en sfär med radie r:

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

SF1669 Matematisk och numerisk analys II Lösningsförslag till tentamen DEL A

) 2 = 1, där a 1. x + b 2. y + c 2

Lösningar till tentamen i EF för π3 och F3

SF1626 Flervariabelanalys Tentamen Onsdagen den 15 mars 2017

Tentamensskrivning i Ellära: FK4005e Fredag, 11 juni 2010, kl 9:00-15:00 Uppgifter och Svar

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.

Lösningsförslag till tentamen i 5B1107 Differential- och integralkalkyl II för F1, (x, y) = (0, 0)

Tentamen i Flervariabelanalys F/TM, MVE , kl

För studenter i Flervariabelanalys Flervariabelanalys MA012B ATM-Matematik Mikael Forsberg

Övningar till Matematisk analys III Erik Svensson

Transkript:

TATA44 Lösningar 6/1/1. 1. Lösning 1: Konen z x + y skär sfären x + y + (z 5 5 då 4z + (z 5 5 och enkla räkningar ger nu z z some ger z(z och vi ser att z eller z. Observera att punkter på sfären med z ligger under sfärens ekvator, och planet z delar sfären i två delar: : x + y + (z 5 5, z och 1 : x + y + (z 5 5, z. Arean av + 1 är arean av sfären, som är 1π (arean av en sfär med radie R är 4πR och således är A( 1π A( 1 där A( och A( 1 betecknar arean av resp. 1. Först beräknar vi A( 1. Vi parametriserar 1 med ortsvektorn i cylinderkoordinater (observera att här har vi z 5 5 x y : r(ρ, φ ρˆρ + (5 ẑ med (ρ, φ där : ρ 4, φ π. Vidare har vi r ρ r φ ( ˆρ + ρ ẑ (ρ ˆφ ρ ˆρ + ρẑ. Arean av 1 är nu A( 1 d 1 1 r ρ r φ dρdφ ρ 5 dρdφ 1π 1π π. Av detta följer att den sökta arean A( är var: en sökta arean är A( 8π. 4 ρ dρ [ ] 4 A( 1π π 8π. Lösning : Konen z x + y skär sfären x + y + (z 5 5 då 4z + (z 5 5 och enkla räkningar ger nu z z some ger z(z och vi ser att z eller z. Eftersom sfärens radie är 5 då ser vi att ytan är den del av sfären x + y + (z 5 5 för vilken z 1. Nu sätter vi ρ x + y, och på sfären har vi ρ + (z 5 5 vilket ger ρ 1z z (efter lite algebraisk manipulering av uttrycken-observera att ρ, 1

varför vi tar den positiva kvadratroten. I cylinder koordinater parametriserar vi ytan genom ortsvektorn r(φ, z 1z z ˆρ + z ẑ med (φ, z där : φ π, z 1. den sökta arean är nu A d r φ r z dφdz. Vi har r φ r z 1z z ˆφ och av detta har vi att ( 5 z 1z z ˆρ + ẑ 1z z ˆρ (5 z ẑ, A d r φ r z dφdz 5dφ dz 1 ( π 5 dφ dz 8π. Lösning 3: Konen z x + y skär sfären x + y + (z 5 5 då 4z + (z 5 5 och enkla räkningar ger nu z z some ger z(z och vi ser att z eller z. Eftersom sfärens radie är 5 då ser vi att ytan är den del av sfären x + y + (z 5 5 för vilken z 1. Inför sfäriska koordinater: x 5 cos φ sin θ, y 5 sin φ sin θ, z 5 + 5 cos θ. Vi vet att z 1. När z 1 då är θ. När z då är vilket ger 5 + 5 cos θ, cos θ 3 5 och då är θ arccos( 3/5 då z (kom ihåg att θ [, π] och då är π/ arccos( 3/5 π. ätt nu : φ π, θ arccos( 3/5. Vi parametriserar genom ortsvektorn med (θ, φ. tandardräkningar ger r(θ, φ 5 cos φ sin θ ˆx + 5 sin φ ŷ + (5 + 5 cos θ ẑ (se Formelbladet. Vi erhåller nu r θ 5ˆθ, r φ 5 sin θ ˆφ r θ r φ 5 sin θ(ˆθ ˆφ 5 sin θ ˆr. en sökta arean är nu

A d r θ r φ dφ dθ arccos( 3/5 ( π 5π arccos( 3/5 5 sin θ dφ dθ sin θ dθ 5π [ cos θ] arccos( 3/5 5π[1 cos(arccos( 3/5] [ 5π 1 + 3 ] 5 8π.. En standardräkning ger att A x + y + 3z. Lägg till tre sidoytor 1 : x + y 1, x, y, z ; : y + 3z 1, y, z, x ; 3 : x + 3z 1, x, z, y. Ytorna + 1 + + 3 avgränsar en kropp V : x +y +3z 1, x, y, z. Enhetsnormalerna (ut ur V till 1,, 3 är ẑ, ˆx, ŷ. Flödet av A ut ur V genom 1 är Φ 1 A ˆn 1 d 1 1 ty A ˆn 1 A ẑ zx eftersom z på 1. Liknande beräkningar på och 3 ger att A ˆn d, A ˆn 3 d 3. 3 Enligt Gauss' ats har vi A ˆnd + 1 + + 3 V A dv, och eftersom ödena ut ur V genom 1,, 3 är noll, så erhåller vi att ödet Φ av A genom och ut ur V ges genom Φ A ˆnd A dv. Vi har Φ V (x + y + 3z dxdydz [x r cos φ sin θ, y r sin φ sin θ, z r cos θ, r 1, θ π/, φ π/] 3 1 ( 1 ( π/ π/ r 4 sin θ dφ dθ dr 6 π 1 6. V 3

3. Enligt tokes' ats så har vi En enkel räkning ger att Parametrisera med ortsvektorn Γ A dr ( A ˆnd. A x ˆx y ŷ. r(θ, φ ˆr med (θ, φ där : θ π/, φ π/. En standarräkning ger r θ r φ sin θˆr. Observera att ˆr cos φ sin θ ˆx + sin φ sin θ ŷ + cos θ ẑ och att på är A cos φ sin θ ˆx sin φ sin θ ŷ. å har vi att Γ A dr ( A ˆnd ( A (r θ r φdθdφ (cos φ sin θ ˆx sin φ sin θ ŷ (sin θˆrdθdφ sin 3 θ(cos φ sin φdθdφ eftersom ˆr cos φ sin θ ˆx + sin φ sin θ ŷ + cos θ ẑ sin 3 θ cos φdθdφ ( ( π/ π/ sin 3 θdθ cos φdθ. 4. Om A är ett potentialfält då ska A Φ för någon funktion Φ i det område där A är denierat. En potential nns då om A i detta område. Vi erhåller A [(c 1x + 6(1 by]ˆx + (a cy ŷ + (1 az ẑ och för att A i ett område då måste a c 1, b 1. För dessa värden har vi och med A Φ då har vi A (4xy + yzˆx + (x + xz + 6yzŷ + (3y + xyẑ, Φ x 4xy + yz, Φ y x + xz + 6yz, Φ z 3y + xy. Ekvationen Φ x 4xy+yz ger Φ x y+xyz+g(y, z. Insättning av detta i Φ y x +xz+6yz ger g y(y, z 6yz vilket ger g(y, z 3y z + h(z. å har vi 4

Φ x y + xyz + 3y z + h(z. Insättning i Φ z 3y + xy ger h (z vilket nu ger att där C är en godtycklig konstant. Φ x y + xyz + 3y z + C 5. Vektorfältet A är ett potentialfält: A Φ med potential Φ(r, θ, φ cos θ. På kurvan Γ r har ändpunkter i (,, i xy-planet och (,, på z-axeln. tartpunkten är (,, som har sfäriska koordinater (r, θ, φ (, π/, π/4 och slutpunkten är (,, som har sfäriska koordinater (r, θ, φ (,, π/4 och vi har då A dr Φ(,, π/4 Φ(, π/, π/4 1. γ 6. Lösning 1: Parametrisera genom ortsvektorn (i cylinder koordinater: 4 ρ r(ρ, φ ρ ˆρ + ẑ med (ρ, φ där : ρ, φ π. På har vi (i cylinderkoordinater A ˆφ + z ẑ ˆφ 4 ρ + ẑ. Observera att ( r ρ r ρ φ ˆρ 4 ρ ẑ (ρ ˆφ ρ ˆρ + ρ ẑ. 4 ρ Flödet ut genom är Φ A ˆn d A(r(ρ, φ (r ρ r φdρdφ ( ( ˆφ 4 ρ ρ + ẑ 4 ρ ˆρ + ρ ẑ dρdφ 1 ρ 4 ρ dρdφ 1 ( π ρ 4 ρ dφ dρ π π 8π 3. ρ 4 ρ dρ [ 3 (4 ρ 3/ ] 5

(Och ödet in genom är 8π/3. Lösning : Observera att A är singulärt på z-axeln. Låt ɛ vara ytan x +y +4z 1, x +y 4 ɛ ɛ och lägg till ɛ cylindern C ɛ : x + y ɛ, z och skivan 1 : ɛ x + y 4, z. Låt V ɛ vara den kropp som begränsas av ytorna ɛ + 1 + C ɛ. Vi denierar nu det sökta ödet som Φ A ˆnd lim A ˆnd. ɛ ɛ Enligt Gauss' ats har vi A ˆnd ɛ+ 1 +C ɛ AdV V ɛ eftersom A är ett C 1 -fält inom V ɛ och i en omgivning av V ɛ. Observera att alla normaler pekar ut ur V ɛ. Integralen A ˆnd : här är ˆn ẑ vilket ger att A ˆn A ẑ z eftersom z 1 på 1. åledes har vi A ˆnd. 1 Integralen A ˆnd : här parametriserar vi ytan genom ortsvektorn r(φ, z ɛ cos φ ˆx + C ɛ ɛ sin φ ŷ + z ẑ med (φ, z där : φ π, z 4 ɛ /. Vi har då r φ r z ɛ cos φ ˆx + ɛ sin φ ŷ. å är (observera att ˆn pekar in mot z-axeln Av detta följer att A ˆnd C ɛ. Inom V ɛ är A 1 och då är A (r φ r zdφdz ( sin φˆx + cos φŷ + zẑ (ɛ cos φ ˆx + ɛ sin φ ŷdφdz A ˆnd ɛ AdV. V ɛ 6

A ˆnd dv ɛ V ɛ 1 ɛ x +y 4 ɛ x +y 4 ( 4 x y / dz 4 x y dxdy dxdy [x ρ cos φ, y ρ sin φ, ɛ ρ, φ π] 1 ( π ρ 4 ρ dφ dρ π ɛ ɛ ρ 4 ρ dρ [u 4 ρ ] π 4 ɛ 4 ɛ u 1/ du π u 1/ du π [ ] u 3/ 4 ɛ 3 π(4 ɛ 3/. 3 Nu erhåller vi A ˆnd lim A ˆnd 8π ɛ ɛ 3. Observera att A är singulärt på z-axeln. Om man uttrycker A i cylinderkoordinater, då erhåller man A ˆφ + z ẑ som inte ser ut att ha några singulariteter alls. Men det nns ett problem med att deniera ˆφ i punkter på z-axeln eftersom φ är inte entydigt denierat i dessa punkter och det är i denna bemärkelse att A inte är denierat på z-axeln. 7