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

Relevanta dokument
Tentamen SF1633, Differentialekvationer I, den 23 oktober 2017 kl

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

Del I. Modul 1. Betrakta differentialekvationen

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

Tentamensskrivning i Differentialekvationer I, SF1633(5B1206).

= y(0) för vilka lim y(t) är ändligt.

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

KTH Matematik Tentamensskrivning i Differentialekvationer I, SF1633.

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

Tentamen SF1633, Differentialekvationer I, den 22 oktober 2018 kl

} + 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),

4x 2 dx = [polynomdivision] 2x x + 1 dx. (sin 2 (x) ) 2. = cos 2 (x) ) 2. t = cos(x),

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

, 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 och transformer III, SF1637.

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

y + 1 y + x 1 = 2x 1 z 1 dy = ln z 1 = x 2 + c z 1 = e x2 +c z 1 = Ce x2 z = Ce x Bestäm den allmänna lösningen till differentialekvationen

SVAR: Det är modell 1 som är rimlig för en avsvalningsprocess. Föremålets temperatur efter lång tid är 20 grader Celsius.

A dt = 5 2 da dt + A 100 =

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 ).

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

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

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,

SF1625 Envariabelanalys Lösningsförslag till tentamen DEL A. e x2 /4 2) = 2) =

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

SF1625 Envariabelanalys Tentamen Lördagen den 11 januari, 2014

1. Beräkna volymen av det område som begränsas av paraboloiden z = 4 x 2 y 2 och xy-planet. Lösning: Volymen erhålles som V = dxdydz.

SF1625 Envariabelanalys Lösningsförslag till tentamen DEL A

ÖVN 2 - DIFFERENTIALEKVATIONER OCH TRANSFORMMETODER - SF1683. Inofficiella mål

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

Lösningsförslag, tentamen, Differentialekvationer och transformer II, del 1, för CTFYS2 och CMEDT3, SF1629, den 19 oktober 2011, kl. 8:00 13:00.

(y 2 xy) dx + x 2 dy = 0 y(e) = e. = 2x + y y = 2x + 3y 2e 3t, = (x 2)(y 1) y = xy 4. = x 5 y 3 y = 2x y 3.

Lösningsförslag till Tentamen, SF1629, Differentialekvationer och Transformer II (del 1) 24 oktober 2014 kl 8:00-13:00.

MA2001 Envariabelanalys 6 hp Mikael Hindgren Tisdagen den 9 januari Skrivtid:

SF1624 Algebra och geometri Tentamen Torsdag, 17 mars 2016

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

Lösningar till tentamen i Transformmetoder okt 2007

Kap 3.7, 17.8 Linjära differentialekvationer med konstanta koefficienter.

Linjära differentialekvationer av andra ordningen

SF1635, Signaler och system I

Tentamensskrivning i Differentialekvationer I, SF1633(5B1206). Webbaserad kurs i differentialekvationer I, SF1656.

Lösningsförslag till tentamen i SF1683 och SF1629 (del 1) 18 december xy = y2 +1

IV, SF1636(5B1210,5B1230).

SF1625 Envariabelanalys Tentamen Onsdagen den 5 juni, 2013

Lösningar till MVE017 Matematisk analys i en variabel för I x 3x y = x. 3x2 + 4.

SF1626 Flervariabelanalys Tentamen Tisdagen den 7 juni 2016

= = i K = 0, K =

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

SF1625 Envariabelanalys Lösningsförslag till tentamen DEL A

Kontrollskrivning KS1T

x 2 = lim x 2 x 2 x 2 x 2 x x+2 (x + 3)(x + x + 2) = lim x 2 (x + 1)

SF1626 Flervariabelanalys Tentamen Måndagen den 16 mars 2015

Veckans teman. Repetition av ordinära differentialekvationer ZC 1, 2.1-3, 4.1-6, 7.4-6, 8.1-3

= a - bp(t), dp dt. = ap - bp 2. = 5000P - P 2. = 5000P dt

Tentamen del 1 SF1511, , kl , Numeriska metoder och grundläggande programmering

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

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

TNA004 Analys II Tentamen Lösningsskisser

BEGREPPSMÄSSIGA PROBLEM

Blandade A-uppgifter Matematisk analys

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

dy dx = ex 2y 2x e y.

Preliminärt lösningsförslag till del I, v1.0

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

SF1625 Envariabelanalys Lösningsförslag till tentamen DEL A

y = sin 2 (x y + 1) på formen µ(x, y) = (xy) k, där k Z. Bestäm den lösning till ekvationen som uppfyler begynnelsevillkoret y(1) = 1.

Chalmers tekniska högskola Datum: kl Telefonvakt: Christoffer Standard LMA515 Matematik KI, del B.

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,

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

Föreläsningen ger en introduktion till differentialekvationer och behandlar stoff från delkapitel 18.1, 18.3 och 7.9 i Adams. 18.

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

SF1635, Signaler och system I

dt = x 2 + 4y 1 typ(nod, sadelpunkt, spiral, centrum) och avgöra huruvida de är stabila eller instabila. Lösning.

TMA 671 Linjär Algebra och Numerisk Analys. x x2 2 1.

Lösningsförslag till tentamensskrivning i SF1633 Differentialekvationer I. Tisdagen den 7 januari 2014, kl

Lösningsförslag till tentamen i SF1629, Differentialekvationer och Transformer II (del 1)

u(x) + xv(x) = 0 2u(x) + 3xv(x) = sin(x) xxx egentliga uppgifter xxx 1. Sök alla lösningar till den homogena differentialekvationen

SF1626 Flervariabelanalys Tentamen Måndagen den 16 mars 2015

KTH Matematik SF1633 Differentialekvationer I, för I1 Kontrollskrivning nr 2, Måndag den 31 mars 2008, kl Version: A Namn:... Personnr:...

MATEMATIK OCH MAT. STATISTIK 6H3000, 6L3000, 6H3011 TEN

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

= x 2 - x, x (0) = x dt. dx dt = 1. x 0 - (x 0-1)e t och för t 0 = ln x 0

SF1624 Algebra och geometri Tentamen Torsdag, 9 juni 2016

Gripenberg. Mat Grundkurs i matematik 1 Tentamen och mellanförhörsomtagning,

Meningslöst nonsens. December 14, 2014

(2xy + 1) dx + (3x 2 + 2x y ) dy = 0.

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

x(t) I elimeringsmetoden deriverar vi den första ekvationen och sätter in x 2(t) från den andra ekvationen:

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.

= ye xy y = xye xy. Konstruera även fasporträttet med angivande av riktningen på banorna. 5. Lös systemet x

1 x dx Eftersom integrationskonstanten i (3) är irrelevant, kan vi använda oss av 1/x som integrerande faktor. Låt oss beräkna

Sammanfattning av ordinära differentialekvationer

Prov i matematik Distans, Matematik A Analys UPPSALA UNIVERSITET Matematiska institutionen

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

Matematik 5 svar. Kapitel Test Blandade uppgifter Kapitel a) dy

Repetitionsuppgifter

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

SF1626 Flervariabelanalys Tentamen Tisdagen den 12 januari 2016

SF1625 Envariabelanalys Tentamen Måndagen den 12 januari 2015

Lösningsförslag, preliminär version 0.1, 23 januari 2018

Transkript:

1 Matematiska Institutionen, KTH Tentamen SF1633, Differentialekvationer I, den 18 december 2017 kl 08.00-13.00. Examinator: Pär Kurlberg. Betygsgränser: A: 85%. B: 75%. C: 65%. D: 55%. E: 45%. Fx: 42%. OBS: Inga hjälpmedel är tillåtna på tentamensskrivningen. För full poäng krävs korrekta och väl presenterade resonemang. Lycka till! 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 sinx + 1 + y A B C D

2 1. C. 2. A. 3. D. 4. B. 2. 4p Bestäm den allmänna lösningen till systemet 3 3 y = y 6 3 Med A = 3 3 får vi att A λi = 0 då λ = ±3i. Motsvarande egenvektorer 6 3 ges av v 1 = 1 1 + i t samt v2 = 1 1 i t. Med b 1 = Rev 1 = 1 1 t och b2 = Imv 1 = 0 1 t ges den allmänna lösningen av c 1 y 1 + c 2 y 2 där cos 3t sin 3t y 1 = cos3tb 1 sin3tb 2 =, y cos 3t sin 3t 2 = sin3tb 1 +cos3tb 2 =, sin 3t + cos 3t 3. 4p Låt δt beteckna Diracs deltafunktion. Lös begynnelsevärdesproblemet y + 2y + y = δt 1 genom att använda Laplacetransformer. Laplacetransformering ger som efter förenkling ger att Inverstransform ger nu y0 = 1, y 0 = 0 s 2 Y s s 1 0 + 2sY s 1 + Y s = e s Y s = s + 2 + e s s 2 + 2s + 1 = 1 s + 1 + 1 s + 1 2 + e s s + 1 2. yt = e t + te t + t 1e t 1 Ut 1 eller yt = e t + te t om 0 t < 1, e t + te t + t 1e t 1 om t 1.

3 4. 4p Bestäm en kontinuerlig samt styckvist deriverbar lösing till begynnelsevärdesproblemet där dy + xy = fx, y0 = 1 dx fx = 4x för 0 x < 1, 0 för x 1. Vi löser först y + xy = 4x för 0 x < 1: integrerande faktor ger och vi får ye x2 /2 = 4e x2 /2 + C dvs ye x2 /2 = 4xe x2 /2 y = 4 + Ce x2 /2 Insättning av y0 = 1 ger C = 3 och således är y1 = 4 3e 1/2. Vi löser nu y + xy = 0 för x 1, och y1 = 4 3e 1/2 ; med integrerande faktor får vi att y = C 2 e x2 /2 och y1 = C 2 e 1/2 = 4 3e 1/2 ger att C 2 = 4e 1/2 3. Lösningen kan alltså skrivas som 4 3e x2 /2 då 0 x < 1, yx = 4e 1/2 3e x2 /2 då x 1. 5. 4p Skriv ekvationen d 2 x dt + 2 ax2 1 dx dt + x = 0 som ett första ordningens system. Klassificera dess kritiska punkter m.a.p. stabilitet för alla värden på parametern a R sådana att a < 0. Vi introducerar y = x och får då systemet x = y y = x = ax 2 1y + x Kritiska punkter satisfierar x = 0 samt y = 0; det första villkoret ger y = 0, och efter insättning i det andra finner vi att x = 0. Den enda kritiska punkten är alltså x, y = 0, 0. Jacobianen i 0, 0 ges av 0 1 0 1 J = 2axy + 1 ax 2 = 1 1 a Rötter till det karakteristiska polynomet J λi = λ 2 aλ + 1 ges av λ = a 2 ± a2 4 4

4 Om a 2 är rötterna reella, och en av dem är negativ. Eftersom J = 1 måste båda rötterna vara negativa, och systemet är stabilt. Om 2 < a < 0 finns det två komplexconjugerade rötter, med realdel a/2 < 0, dvs stabil spiral punkt. 6. 4p Lös vågekvationen med randvillkor samt 2 u t 2 = 5 2 u x 2, 0 < x < 1, t 0 u x=0 = 0, u x=1 = 0, ux, 0 = sinπx + sin3πx, u t = 0, 0 < x < 1. t=0 Vi gör ansatsen ux, y = AxBt och får AB = 5A B som vi kan skriva om som B /B = 5A /A = λ Betrakta först 5A /A = λ, efter omskrivning får vi A λ/5a = 0 Om λ = 0 ser vi att Ax = αx + β, och A0 = A1 = 0 ger A 0; lösning ej intressant. Om λ > 0 är lösningarna på formen Ax = c 1 e wx + c 2 e wx där w = λ/5; igen ger A0 = A1 = 0 att A 0 och lösningen ej intressant. Om λ < 0, skriv λ = 5w 2 med w 0. Lösningar ges då av Ax = c 1 sin wx + c 2 cos wx. A0 = 0 ger c 2 = 0. För icketrivial lösning har vi c 1 0, A1 = 0 ger då att sinw 1 = 0, dvs w = πn för n Z +, och λ = λ n = 5w 2 = 5π 2 n 2. Insättning i B λb = 0 ger vars lösningar ges av B + 5π 2 n 2 B = 0 Bt = c 1 sin 5πnt + c 2 cos 5πnt Således är u n x, t = sinπnxc 1,n sin 5πnt + c 2,n cos 5πnt en lösning bortsett från randvillkoren då t = 0; u t = 0, t=0 ger att c 1,n = 0 för alla n. Slutligen ger ux, 0 = sin πx + sin 3πx att ux, t = sinπx cos 5πt + sin3πx cos3 5πt

5 7. 4p Funktionen yt = e t löser differentialekvationen 4ty + 2y y = 0, t > 0. Bestäm den allmänna lösningen till ekvationen 4ty + 2y y = 4 te t, t > 0. Ansatsen v = ue t ger att v = u y + uy, v = u y + 2u y + uy, som tillsammans med att y satisfierar 4ty + 2y y = 0 ger u + 1 t u + 1 2t u = 1 t e 2 t Skriver vi w = u och multiplicerar med den integrerande faktorn e 1/ t+1/2t = te 2 t får vi ekvationen som ger Då w = u får vi nu u = w te 2 t = 1 w = te 2 t + Ae 2 t / t. w = 1/2 + t + te 2 t Ae 2 t + B och vi ser att den allmänna lösningen efter nya beteckningar på konstanter ges av v = ue t = c 1 e t + c 2 e t t + te t. 8. 4p Låt f vara en funktion som definieras av ett andragradspolynom på intervallet, π. Antag att Fourierserien för f ges av 2 + 6 1 n n=1 n 2 cosnx + 2 1n n Finn andragradspolynomet som beskriver f i, π. sinnx. Skriv först fx = ax 2 + bx + c. Utnyttjande av udda/jämnhet samt Fourierbasens ortogonalitet ger samt 2 = b 1 = 1 π 6 = a 1 = 1 π och vi ser att a = 3/2 och b = 1. Vi ser även att 2 = a 0 /2 = 1 2π och således är c = 2 π 2 /2 fx sinx dx = b π fx cosx dx = a π fx dx = 1 2π Alltså är fx = 3x 2 /2 x + 2 π 2 /2. x sinx dx = 2b x 2 cosx dx = 4a ax 2 + c dx = 1 2π 2a 3 π3 + 2πc = π 2 /2 + c