uhx, 0L f HxL, u t Hx, 0L ghxl, 0 < x < a

Relevanta dokument
PROV I MATEMATIK Transformmetoder 1MA dec 2010

Laplacetransformen. Från F till L. Den odiskutabla populäriteten hos Fourierintegralen. f HtL - w t t, w œ R (1)

LINJÄRA DIFFERENTIALEKVATIONER AV FÖRSTA ORDNINGEN

Föreläsning 19: Fria svängningar I

PROV I MATEMATIK Transformmetoder 1MA april 2011

Liten formelsamling Speciella funktioner. Faltning. Institutionen för matematik KTH För Kursen 5B1209/5B1215:2. Språngfunktionen (Heavisides funktion)

Följande uttryck används ofta i olika problem som leder till differentialekvationer: Formell beskrivning

Genom att uttrycka y-koordinaten i x ser vi att kurvan är funktionsgrafen till y = x 2. Lektion 2, Flervariabelanalys den 19 januari 2000

Funktionen som inte är en funktion

Följande uttryck används ofta i olika problem som leder till differentialekvationer: A=kB. A= k (för ett tal k)

KURVOR OCH PÅ PARAMETERFORM KURVOR I R 3. P(t)=(x(t),y(t),z(t)) T=(x (t),y (t),z (t)) r(t)=(x(t),y(t),z(t))

Följande uttryck används ofta i olika problem som leder till differentialekvationer: Formell beskrivning

TENTAMENSSKRIVNING ENDIMENSIONELL ANALYS DELKURS B2/A , arctan x x 2 +1

TENTAMEN HF1006 och HF1008

{ } = F(s). Efter lång tid blir hastigheten lika med mg. SVAR: Föremålets hastighet efter lång tid är mg. Modul 2. y 1

Differentialekvationssystem

Institutionen för tillämpad mekanik, Chalmers tekniska högskola TENTAMEN I HÅLLFASTHETSLÄRA KF OCH F MHA AUGUSTI 2017

Om antal anpassningsbara parametrar i Murry Salbys ekvation

1. Geometriskt om grafer

= (x, y) : x 2 +y 2 4, x 0, y (4r2 +1) 3 2

Lösningar till Matematisk analys IV,

Laborationstillfälle 4 Numerisk lösning av ODE

KONTROLLSKRIVNING 3. Kurs: HF1012 Matematisk statistik Lärare: Armin Halilovic

I situationer där det inte råder någon oklarhet om vilken funktion f som avses, nöjer vi oss med att skriva c n istället för c n Hf L.

Kurs: HF1012 Matematisk statistik Lärare: Armin Halilovic

Repetitionsuppgifter

Hur simuleras Differential-Algebraiska Ekvationer?

Datorlaborationer i matematiska metoder E2, fk, del B (TMA980), ht05

3 Rörelse och krafter 1

Ekvationen (ekv1) kan bl. annat beskriva värmeledningen i en tunn stav där u( x, betecknar temperaturen i punkten x vid tiden t.

Tentamensskrivning i Matematik IV, 5B1210.

AMatematiska institutionen avd matematisk statistik

1 Elektromagnetisk induktion

Om exponentialfunktioner och logaritmer

Ordinära differentialekvationer,

5B1134 MATEMATIK OCH MODELLER FEMTE FÖRELÄSNINGEN INTEGRALER

KURVOR OCH PÅ PARAMETER FORM KURVOR I R 3. En kurva i R 3 beskrivs anges oftast på parameter form med tre skalära ekvationer:

MATEMATIKPROV, LÅNG LÄROKURS BESKRIVNING AV GODA SVAR

Om exponentialfunktioner och logaritmer

a) Beräkna arean av triangeln ABC då A= ( 3,2,2), B=(4,3,3) och C=( 5,4,3).

Signal- och bildbehandling TSBB14

Fouriermetoder för. Signaler och System I HT2007

Demodulering av digitalt modulerade signaler

AMatematiska institutionen avd matematisk statistik

TENTAMEN Datum: 14 april 09 TEN1: Omfattar: Differentialekvationer, komplexa tal och Taylors formel Kurskod HF1000, HF1003, 6H3011, 6H3000, 6L3000

SIGNALER TILLÄMPAD FYSIK OCH ELEKTRONIK, UMEÅ UNIVERSITET 1

Finansiell Statistik (GN, 7,5 hp,, HT 2008) Föreläsning 9. Analys av Tidsserier (LLL kap 18) Tidsserie data

Laboration 3: Växelström och komponenter

Diskussion om rörelse på banan (ändras hastigheten, behövs någon kraft för att upprätthålla hastigheten, spelar massan på skytteln någon roll?

Kvalitativ analys av differentialekvationer

Fouriermetoder för VT2008

TENTAMEN Datum: 12 mars 07. Kurs: MATEMATIK OCH MATEMATISK STATISTIK 6H3000, 6L3000, 6A2111 TEN 2 (Matematisk statistik )

vara en given funktion som är definierad i punkten a. i punkten a och betecknas f (a)

FÖRDJUPNINGS-PM. Nr Räntekostnaders bidrag till KPI-inflationen. Av Marcus Widén

( ) är lika med ändringen av rörelse-

Steg och impuls. ρ(x) dx. m =

VII. Om de trigonometriska funktionerna

Elektroniska skydd Micrologic 2.0 och 5.0 Lågspänningsutrustning. Användarmanual

Kursens innehåll. Ekonomin på kort sikt: IS-LM modellen. Varumarknaden, penningmarknaden

0 a. a -Â n 2 p n. beskriver på sedvanligt sätt en a-periodisk utvidgning av f. Nedanför ritas en partialsumma av Fourierserien.

H1009, Introduktionskurs i matematik Armin Halilovic. Definition. En cirkel är mängden av de punkter i planet vars avstånd till en given punkt är

Dagens förelf. Arbetslöshetstalet. shetstalet och BNP. lag. Effekter av penningpolitik. Tre relationer:

Signal- och bildbehandling TSBB14

in t ) t -V m ( ) in - Vm

9. Diskreta fouriertransformen (DFT)

Vi betraktar homogena partiella differentialekvationer (PDE) av andra ordningen

Biomekanik, 5 poäng Kinetik Härledda lagar

Om de trigonometriska funktionerna

Institutionen för tillämpad mekanik, Chalmers tekniska högskola TENTAMEN I HÅLLFASTHETSLÄRA KF OCH F MHA AUGUSTI 2016

INSTUDERINGSUPPGIFTER

Bevarandelagar för fluidtransport, dimensionsanalys och skalning

Hambley avsnitt På föreläsningen behandlas även transkonduktans-, transresistans- och strömförstärkaren, se förra veckans anteckningar.

Tentamen TEN1, HF1012, 16 aug Matematisk statistik Kurskod HF1012 Skrivtid: 8:15-12:15 Lärare och examinator : Armin Halilovic

Reglerteknik AK, FRT010

Tekniska Högskolan i Linköping, IKP Tore Dahlberg TENTAMEN i Hållfasthetslära; grk, TMMI17, kl 8-12 DEL 1 - (Teoridel utan hjälpmedel)

IE1206 Inbyggd Elektronik

2 Laboration 2. Positionsmätning

Repetition Kraft & Rörelse Heureka Fysik 1: kap. 4, version 2013

BASiQ. BASiQ. Tryckoberoende elektronisk flödesregulator

file:///c:/users/engström/downloads/resultat.html

INTEGRALER AV TRIGONOMETRISKA FUNKTIONER. Viktiga trigonometriska formler vid beräkning av integraler: (F1) (F2) (F3)

n Ekonomiska kommentarer

5. Tillståndsåterkoppling

Tips : Vertikala asymptoter kan finnas bland definitionsmängdens ändpunkter och bland diskontinuitetspunkter.

Institutionen för tillämpad mekanik, Chalmers tekniska högskola TENTAMEN I HÅLLFASTHETSLÄRA F MHA APRIL 2016

Fouriermetoder för Signaler och system I

På föreläsningen går jag relativt snabbt igenom grunderna fourierserieutveckling av periodiska signaler, bild 2 7.

System, Insignal & Utsignal

System, Insignal & Utsignal

Anm 3: Var noga med att läsa och studera kurslitteraturen.

Informationsteknologi

SDOF Enfrihetsgradssystemet

FREDAGEN DEN 21 AUGUSTI 2015, KL Ansvarig lärare: Helene Lidestam, tfn Salarna besöks ca kl 15.30

LABORATION 1 ELEKTRISK MÄTTEKNIK OCH MÄTINSTRUMENT

Andra ordningens lineära differensekvationer

m Animering m Bilder m Grafik m Diskret representation -> kontinuerlig m En interpolerande funktion anvšnds fšr att

TENTAMEN. Kursnummer: HF0021 Matematik för basår I. Rättande lärare: Niclas Hjelm Examinator: Niclas Hjelm Datum: Tid:

Arbetstagarbegreppet. Arbetstagarbegreppet. Arbetstagarbegreppet 12/3/2014. Bedömningskriterier. Grund rekvisiten

DIGITALTEKNIK. Laboration D171. Grindar och vippor

Transkript:

Vågekvaionen Vågekvaionen beskriver vågors ubredning vare sig de gäller ljudvågor, elekromagneiska vågor eller vibraioner i en sräng. Lå oss för enkelhes skull änka oss en horisonell uppspänd sräng som vibrerar i verikalplane. Om u = uh, L beecknar srängens verikala avvikelse från horisonallinjen i läge vid idpunken, så saisfierar u den endimensionella vågekvaionen u H, L c 2 u H, L Konsanen c kommer i våra eempel a vara lika med. De försa fyra eemplen nedanför handlar om en sräng av ändlig längd som är fasspänd i båda ändar, och där srängen har en viss form och far i begynnelsen. I eempel är nämnda form och far godyckliga, srängens längd likaså. I de eferföljande re eemplen illämpas resulae från eempel på några mer eller mindre naurliga specialfall. De avsluande vå eemplen handlar om oändliga srängar, som läsaren kan änka på som väldig långa kablar i vilka elekromagneiska vågor breder u sig. EXEMPEL En i bägge ändar fasspänd sräng ges en viss form och far i begynnelsen. Besäm srängens form forsäningsvis. LÖSNING De gäller a finna uh, L som saisfierar PDE u H, L u H, L, < < a RAND uh, L, uha, L, < uh, L f HL, u H, L ghl, < < a u H, L uh, L f a a g Av RAND-villkoren leds vi ill a för fi skriva uh, L som en 2 a- periodisk sinusserie med idsberoende koefficiener. uh, L = b n HL sin n p a ()

Vågekvaionen.nb 2 En följd av () är a u H, L = b p n HL sin n a Efer spekralransformaion av PDE och erhålls ODE b n HL = -Jn p a N2 b n HL b n HL 2 a Ÿ a f HL sinjn p a N, b n HL 2 a Ÿ a ghl sinjn p a N vars lösning är (Se egenvärdesproblem II och dess lösning II.) b n HL = c  n p a + c 2 - n p a = A n cos n p a + B n sin n p a De följer a uh, L = = b n HL cos n p a + b n HL n p sin n p a a b n HL cos n p a + b n HL n p sin n p a sin n p a. a EXEMPEL 2 Samma problem, men med specificera f, g och a. PDE u H, L u H, L, < < p RAND uh, L =, uhp, L =, > uh, L = 3 sinh2 L, u H, L = 5 sinh3 L, < < p LÖSNING Som i EXEMPEL fås uh, L = Kb n HL coshn L + b n HL sinhn LO sinhn L. n Nu är b n HL ; 3, n = 2 och b, f.ö. n HL ; 5, n = 3, f.ö. Härav, uh, L = 3 cosh2 L sinh2 L + 5 3 sinh3 L sinh3 L

3 Vågekvaionen.nb EXEMPEL 3 Drag och släpp. Här ger man srängen en viss form iniial genom a dra i dess mipunk. Sedan släpps den uan illslag. Eemple är en modell för hur vissa sränginsrumen fungerar. PDE u H, L u H, L, < < RAND uh, L =, uh, L =, > uh, L = L, HL, u H, L =, < < p uh, L u H, L LÖSNING Som i EXEMPEL fås uh, L = Kb n HL coshn p L + b n HL n p sinhn p LO sinhn p L, där nu b n HL 2 Ÿ L, HL sinhn p L, och b n HL. Inegralen beräknas.e. med pariell inegraion: Ÿ L, HL sinhn p L = BL, HL -cos Hn p L n p D - Ÿ L', HL -coshn p L n p under iakagande a L, = i punkerna, sam a L', är lika med 2 på inervalle vänsra halva och lika med -2 på den högra. Resulae blir a b n HL = 8 sini p n 2 M p 2 n 2. sinj p n 2 N De följer a uh, L = 8 p 2 n 2 coshn p L sinhn p L EXEMPEL 4 Slå an en pianosräng. I dea eempel ges srängen plöslig en impulsliknande far i en viss punk. Eemple är en modell för hur en klubba i pianos mekanik slår an en pianosräng.

Vågekvaionen.nb 4 PDE u H, L u H, L, < < p RAND uh, L =, uhp, L =, > uh, L =, u H, L = dh - al, < < p uh, L u H, L p a p LÖSNING Som i EXEMPEL fås uh, L = Kb n HL coshn L + b n HL n sinhn LO sinhn L. Nu är b n HL, och b n HL 2 p Ÿ p dh - al sinhn L = 2 p sinhn al De följer a 2 sinhn al uh, L = sinhn L sinhn L p n Vid anslag i srängen mipunk blir resulae 2 sinjn p 2 N uh, L = sinhn L sinhn L p n Efersom sinjn p N = då n är jämn, försvinner många av överonerna 2 dea fall. Var skall srängen slås an för a den sjunde onen 2 sinh7 al sinh7 L sinh7 L skall försvinna? p 7 SVAR: Välj a så a sinh7 al =, dvs välj a som någon av, p 7, 2 p 7, 3 p 7, 4 p 7, 5 p 7, 6 p 7, p. ANM. a = och a = p går ine förverkliga efersom de kräver a man slår an srängen i ändpunkerna och de är ju fasspända. EXEMPEL 5 En halvoändlig kabel, vars ena ände har en viss elekromagneisk spänning hela iden.

5 Vågekvaionen.nb PDE u H, L u H, L, >, > RAND uh, L = f HL, > uh, L =, u H, L =, > LÖSNING Här Laplaceransformerar vi i -led, efersom uh, L för e fi är en funkion på halvaeln >, och vi har kända begynnelsedaa. uh, L L UH, sl Transformaion av PDE och RAND, där pluggas in vid ransformaionen av PDE:n resulerar i ODE RAND s 2 UH, sl = U H, sl UH, sl = FHsL ODE som är e egenvärdesproblem av yp II löses av UH, sl = s AHsL + - s BHsL där AHsL + BHsL = FHsL Inversransformaion ger uh, L = ah + L qh + L + bh - L qh - L ahl + bhl = f HL När (2) evalueras i =, fås qh-l= och qhl=, > = uh, L = ahl qhl + bh-l qh-l = Således är ahl =. Efer insäning i (2)&(3) erhålles uh, L = bh - L qh - L och bhl = f HL. uh, L = f H - L qh - L Nedanför kan du se hur lösningen ser u för vå olika f. ahl (2) (3) f HL=sinHL f HL=3-5 2

Vågekvaionen.nb 6 EXEMPEL 6 En oändlig kabel PDE u H, L u H, L, œ R, > uh, L = f HL, u H, L =, œ R LÖSNING Efersom uh, L för e fi nu är en funkion på helaeln - < <, förefaller Fourierransformaion i -led vara den lämpligase sraegin. F uh, L ùhw, L Transformaion av PDE och ger Härav, ODE Efer inversransformaion fås ù Hw, L = -w 2 ùhw, L ùhw, L = f`hwl, ù Hw, L = ùhw, L = AHwL coshw L + BHwL sinhw L = ùhw, L coshw L + ù Hw, L sinhw L w = f`hwl coshw L = f`hwl 2 - w + 2  w uh, L = 2 f H - L + 2 f H + L Lösningen kan beskrivas som a vå kopior av en (i ampliud) halverad begynnelseform ränner iväg å varsi håll. -