SF1664 Tillämpad envariabelanalys med numeriska metoder Lösningsförslag till tentamen DEL A

Relevanta dokument
SF1625 Envariabelanalys Lösningsförslag till tentamen DEL A

SF1625 Envariabelanalys Tentamen Måndagen den 12 januari 2015

SF1625 Envariabelanalys Lösningsförslag till tentamen DEL A

SF1625 Envariabelanalys Tentamen Måndagen den 11 januari 2016

LÖSNINGSFÖRSLAG TILL TENTAMEN 2 SF1664

SF1625 Envariabelanalys Lösningsförslag till tentamen DEL A

SF1625 Envariabelanalys Lösningsförslag till tentamen DEL A. e 50k = k = ln 1 2. k = ln = ln 2

SF1625 Envariabelanalys Lösningsförslag till tentamen

SF1625 Envariabelanalys Lösningsförslag till tentamen DEL A

SF1625 Envariabelanalys Lösningsförslag till tentamen DEL A

Modul 4 Tillämpningar av derivata

LÖSNINGSFÖRSLAG TILL TENTAMEN 2 SF1664

Lösningsförslag till Tentamen i SF1602 för CFATE 1 den 20 december 2008 kl 8-13

SF1625 Envariabelanalys Lösningsförslag till tentamen DEL A

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

Institutionen för Matematik, KTH Lösningar till tentamen i Analys i en variabel för I och K (SF1644) 1/ e x h. (sin x) 2 1 cos x.

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

SF1625 Envariabelanalys Lösningsförslag till tentamen DEL A

Chalmers tekniska högskola Datum: kl Telefonvakt: Jonny Lindström MVE475 Inledande Matematisk Analys

SF1625 Envariabelanalys Lösningsförslag till tentamen DEL A

SF1625 Envariabelanalys Tentamen Lördagen den 11 januari, 2014

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

Högskolan i Skövde (SK, JS) Svensk version Tentamen i matematik Lösningsförslag till del I

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

x 2 + x 2 b.) lim x 15 8x + x 2 c.) lim x 2 5x + 6 x 3 + y 3 xy = 7

5B1134 Matematik och modeller Lösningsförslag till tentamen den 29 augusti 2005

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

5B1134 Matematik och modeller Lösningsförslag till tentamen den 12 januari 2005

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

Preliminärt lösningsförslag till del I, v1.0

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

SF1626 Flervariabelanalys Lösningsförslag till tentamen DEL A

med angivande av definitionsmängd, asymptoter och lokala extrempunkter. x 2 e x =

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

v0.2, Högskolan i Skövde Tentamen i matematik

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

SF1625 Envariabelanalys

10x 3 4x 2 + x. 4. Bestäm eventuella extrempunkter, inflexionspunkter samt horizontella och vertikala asymptoter. y = x 1 x + 1

Studietips inför kommande tentamen TEN1 inom kursen TNIU23

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

Lösningsförslag, preliminär version 0.1, 23 januari 2018

Lösningsförslag obs. preliminärt, reservation för fel

Uppsala Universitet Matematiska Institutionen Bo Styf. Genomgånget på föreläsningarna

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 Lösningsförslag till tentamen DEL A

Envariabelanalys 5B1147 MATLAB-laboration Derivator

SF1669 Matematisk och numerisk analys II Lösningsförslag till tentamen DEL A

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

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

Uppsala Universitet Matematiska Institutionen Bo Styf. Lösningar till kryssproblemen 1-5. Uppgifter till lektion 1: = 10 x. = x 10.

5B1134 Matematik och modeller Lösningsförslag till tentamen den 13 januari T = 1 ab sin γ. b sin β = , 956 0, 695 0, 891

5B1134 Matematik och modeller Uppgifter från kontrollskrivningar och tentamina under läsåren och

Vi ska titta närmare på några potensfunktioner och skaffa oss en idé om hur deras kurvor ser ut. Vi har tidigare sett grafen till f(x) = 1 x.

Meningslöst nonsens. December 14, 2014

SF1626 Flervariabelanalys Tentamen Tisdagen den 12 januari 2016

x 2 5x + 4 2x 3 + 3x 2 + 4x + 5. d. lim 2. Kan funktionen f definieras i punkten x = 1 så att f blir kontinuerlig i denna punkt? a.

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

13 Potensfunktioner. Vi ska titta närmare på några potensfunktioner och skaffa oss en idé om hur deras kurvor ser ut. Vi har tidigare sett grafen till

SF1626 Flervariabelanalys Tentamen Måndagen den 16 mars 2015

TATA42: Föreläsning 7 Differentialekvationer av första ordningen och integralekvationer

Gripenberg. Mat Grundkurs i matematik 1 Tentamen och mellanförhörsomtagning,

Mälardalens högskola Akademin för utbildning, kultur och kommunikation

Meningslöst nonsens. November 19, 2014

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

SF1658 Trigonometri och funktioner Lösningsförslag till tentamen den 19 oktober 2009

Tentamen i Matematik 1 HF1901 (6H2901) 22 aug 2011 Tid: :15 Lärare:Armin Halilovic

Endast kommenterade svar!!! OBS: Inte alla delsteg är redovisade!

TNA004 Analys II Tentamen Lösningsskisser

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

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

1. (a) Los ekvationen z 2 4iz 7 + 4i = 0: Rotterna ska ges pa formen a + bi. (b) Rita i det komplexa talplanet alla komplexa tal z som uppfyller

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

MAA7 Derivatan. 2. Funktionens egenskaper. 2.1 Repetition av grundbegerepp

7x 2 5x + 6 c.) lim x 15 8x + 3x Bestäm eventuella extrempunkter, inflexionspunkter samt horizontella och vertikala asymptoter

SF1600, Differential- och integralkalkyl I, del 1. Tentamen, den 9 mars Lösningsförslag. f(x) = x x

Lösningsförslag envariabelanalys

ENDIMENSIONELL ANALYS A3/B kl INGA HJÄLPMEDEL. Lösningarna ska vara försedda med ordentliga motiveringar. lim

MA2001 Envariabelanalys 6 hp Mikael Hindgren Tisdagen den 12 januari 2016 Skrivtid:

SAMMANFATTNING TATA41 ENVARIABELANALYS 1

Lösningsförslag till tentamen Torsdag augusti 16, 2018 DEL A

Blandade A-uppgifter Matematisk analys

SF1625 Envariabelanalys Tentamen Onsdagen den 5 juni, 2013

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

Matematiska Institutionen L osningar till v arens lektionsproblem. Uppgifter till lektion 9:

Kursens Kortfrågor med Svar SF1602 Di. Int.

2x 2 3x 2 4x 2 5x 2. lim. Lösning. Detta är ett gränsvärde av typen

SF1669 Matematisk och numerisk analys II Bedömningskriterier till tentamen Måndagen den 16 mars 2015

Mer om generaliserad integral

SF1626 Flervariabelanalys Lösningsförslag till tentamen DEL A

5B1134 Matematik och modeller Uppgifter från kontrollskrivningar och tentamina under läsåren , och

MA2001 Envariabelanalys

1. Bestäm definitionsmängden och värdemängden till funktionen f(x,y) = 1 2x 2 3y 2. Skissera definitionsmängden, nivålinjerna och grafen till f.

i utvecklingen av (( x + x ) n för n =1,2,3º. = 0 där n = 1,2,3,

Svar till tentan

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

Lösningsförslag till tentan i 5B1115 Matematik 1 för B, BIO, E, IT, K, M, ME, Media och T,

MMA127 Differential och integralkalkyl II

SF1626 Flervariabelanalys Tentamen Tisdagen den 7 juni 2016

x 2 5x + 4 2x 3 + 3x 2 + 4x + 5. d. lim 2. Kan funktionen f definieras i punkten x = 1 så att f blir kontinuerlig i denna punkt? a.

Lösningar kapitel 10

Transkript:

SF1664 Tillämpad envariabelanalys med numeriska metoder Lösningsförslag till tentamen 015-01-1 DEL A 1. Låt f(x) = xe 1/x. A. Bestäm definitionsmängden till f. B. Beräkna de fyra gränsvärdena lim x ± f(x) och lim x 0 ± f(x) C. Bestäm alla lokala extrempunkter till f. D. Skissa med hjälp av ovanstående kurvan y = f(x) Lösning. A. Definitionsmängden består av alla reella tal x för vilka xe 1/x är definierat, dvs alla x 0. B. Alla dessa gränsvärden är standardgränsvärden. Vi får lim f(x) =, lim x f(x) =, lim x f(x) =, lim x 0 + f(x) = 0. x 0 C. Vi deriverar och får ( f (x) = e 1/x + xe 1/x 1 ) ( = e 1/x 1 1 ) x x som existerar för alla x 0 och är 0 om och endast om x = 1. Ett teckestudium av derivatan ger Om x < 0 så är f (x) > 0. Det följer att f är strängt växande här. Det finns alltså inga lokala extrempunkter på intervallet x < 0. Om 0 < x < 1 så är f (x) < 0. Det följer att f är strängt avtagande här. Om x = 1 så är f (x) = 0. Om x > 1 så är f (x) > 0. Det följer att f är strängt växande här. Av ovanstående följer att f har exakt en lokal extrempunkt, närmare bestämt en lokal minpunkt i x = 1. Värdet i minpunkten är f(1) = e. D. Nu kan vi rita kurvan:

SF1664 Tillämpad envariabelanalys med numeriska metoder Lösningsförslag till tentamen 015-01-1 Svar: Se lösningen.

SF1664 Tillämpad envariabelanalys med numeriska metoder Lösningsförslag till tentamen 015-01-1 3. Beräkna integralen π π /4 cos x dx genom att göra följande: A. Skriv om integralen med hjälp av substitutionen x = t (glöm inte gränserna). B. Beräkna, med hjälp av partiell integration, integralen du fått fram i uppgift A. Lösning. A. Vi använder substitutionen x = t, eller x = t, med dx = t dt och nya gränser π/ och π, och får π π /4 cos x dx = π π/ t cos t dt. B. Vi beräknar integralen från uppgift A med hjälp av partiell integration och får π π/ Svar: A. π π/ t cos t dt. B. π t cos t dt = [t sin t] π π/ π π/ sin t = π.

4 SF1664 Tillämpad envariabelanalys med numeriska metoder Lösningsförslag till tentamen 015-01-1 3. En plåtburk som rymmer 1 liter ska tillverkas i form av en cylinder med botten och lock. Bestäm höjden och bottenytans radie så att materialåtgången blir så liten som möjligt. Lösning. Låt r vara bottenytans radie och h höjden. Volymen av cylindern är då πr h och att volymen ska vara 1 ger då att πr h = 1 eller h = 1/πr. Cylinderns begränsningsarea, som ska minimeras, ges av πr + πrh. Om vi i detta uttryck substituerar h = 1/πr får vi att vi ska minimera funktionen där r > 0. Vi deriverar och får A(r) = πr + r A (r) = 4πr r som existerar för alla r > 0. Vi ser att A (r) = 0 r = 1/πr = h. Ett teckenstudium av derivatan ger vid handen att detta är en lokal och global minpunkt. Teckestudium: Om 0 < r < 1/(π) 1/3 så är A (r) < 0 och det följer att A är strängt avtagande här. Om r = 1/(π) 1/3 så är A (r) = 0. Om r > 1/(π) 1/3 så är A (r) > 0 och det följer att A är strängt växande här. Materialåtgången minimeras alltså om höjden i cylindern är lika med diametern. Svar: Höjden i cylindern ska vara lika med diametern, dvs r = 1/(π) 1/3 och h = /(π) 1/3.

SF1664 Tillämpad envariabelanalys med numeriska metoder Lösningsförslag till tentamen 015-01-1 5 DEL B 4. Betrakta differentialekvationen y (t) + y(t) = sin t. A. Lös differentialekvationen. B. Avgör om det finns någon lösning till differentialekvationen som är begränsad. Lösning. A. Den allmänna lösningen till differentialekvationen fås som y h + y p där y h är allmänna lösningen till motsvarande homogena ekvation, dvs y + y = 0, och y p är någon partikulärlösning. Först söker vi y h. Den karaktäristiska ekvationen r + 1 = 0 har lösningarna ±i varför y h (t) = A cos t + B sin t, där A och B är godtyckliga konstanter. Sedan söks y p. Ett första förslag till ansättning vore a cos t + b sin t men detta är en del av den homogena lösningen och fungerar därför inte. Vi ansätter därför I så fall är och y p = t(a cos t + b sin t). y p = a cos t + b sin t + t( a sin t + b cos t) y p = a sin t + b cos t a sin t + b cos t + t( a cos t b sin t). Vi ser att y p + y p = sin t a = 1/ och b = 0. Vi har alltså bestämt en partikulärlösning y p = t cos t. Sammantaget får vi därför att lösningen till differentialekvationen i uppgiften är y(t) = A cos t + B sin t t cos t. För t = nπ så gäller att y(t) = A nπ som går mot när heltalet n, oavsett val av konstanter A och B. Det finns alltså ingen lösning som är begränsad. Svar: A. y(t) = A cos t + B sin t t cos t. B. Nej.

6 SF1664 Tillämpad envariabelanalys med numeriska metoder Lösningsförslag till tentamen 015-01-1 5. Bestäm Taylorpolynomet av grad kring punkten x = 100 till funktionen f(x) = x och använd det för att beräkna ett närmevärde till 104. Avgör sedan också om ditt närmevärde har ett fel som till absolutbeloppet är mindre än 10 3. Lösning. Vi deriverar och får f (x) = 1 x, f (x) = 1 4x x, f 3 (x) = 8x x som existerar för alla x > 0. Taylorpolynomet av grad till f kring x = 100 är därför p(x) = 10 + 1 1 (x 100) 0 8000 (x 100). Om vi använder detta för approximation av 104 får vi 1 1 104 = f(104) p(104) = 10 + (104 100) 0 8000 (104 100) = 10.198. Absolutbeloppet av felet i approximationen är, för något c mellan 100 och 104: 3/8c c 4 3 4 3! 100000 10 3 Svar: Det sökta Taylorpolynomet är p(x) = 10 + 1 1 (x 100) (x 0 8000 100). 104 10.198 med ett fel som till beloppet är mindre än 10 3

SF1664 Tillämpad envariabelanalys med numeriska metoder Lösningsförslag till tentamen 015-01-1 7 6. Approximera y(0.), där y löser differentialekvationen y (x) = sin (5πxy) med initialvillkoret y(0) = 1, genom att göra två steg med Eulers metod. Lösning. Eulers metod för lösning av differentialekvationen y (x) = f(x, y) lyder y n+1 = y n + hf(x n, y n ), där h är steglängden. Startpunkten för detta problem är (x 0, y 0 ) = (0, 1), och vi använder steglängden h = 0.1. Eulers metod ger då y 1 = y 0 + h sin(5πx 0 y 0 ) = 1 + 0.1 sin(5π 0 1) = 1 + 0.1 0 = 1, y = y 1 + h sin(5πx 1 y 1 ) = 1 + 0.1 sin(5π 0.1 1) = 1.1. Approximationen av y(0.) är alltså y = 1.1. Svar: y(0.) 1.1

8 SF1664 Tillämpad envariabelanalys med numeriska metoder Lösningsförslag till tentamen 015-01-1 DEL C 7. A. Definiera vad som menas med att en funktion f är kontinuerlig i en punkt a. B. Definiera vad som menas med att en funktion f är deriverbar i en punkt a. C. Visa att en funktion f som är deriverbar i en punkt a också måste vara kontinuerlig i a. D. Ge ett exempel som visar att en funktion som är kontinuerlig i en punkt inte måste vara deriverbar i punkten. Lösning. A. Funktionen f är kontinuerlig i punkten a om f är definierad i a och och har gränsvärde när x närmar sig a och lim x a f(x) = f(a). B. Funktionen f är deriverbar i punkten a om gränsvärdet f(a + h) f(a) lim h 0 h existerar ändligt. Detta gränsvärde kallas i så fall derivatan av f i a, vilket skrivs f (a). C. Anta att f är deriverbar i a. Vi ska visa att i så fall måste lim x a f(x) = f(a) eller ekvivalent att lim h 0 (f(a + h) f(a)) = 0. Vi har att f(a + h) f(a) lim(f(a + h) f(a)) = lim h = f (a) 0 = 0. h 0 h 0 h Beviset är klart. D. Låt f(x) = x. Det är klart att f är kontinuerlig i origo, eftersom f(0) = 0 och lim x 0 f(x) = 0. Funktionen f är dock inte deriverbar i origo eftersom 0 + h 0 h lim = lim h 0 h h 0 h och detta gränsvärde saknas (om h är positivt och går mot noll får vi 1 men om h är negativt och går mot noll får vi 1). Svar: Se lösningen.

SF1664 Tillämpad envariabelanalys med numeriska metoder Lösningsförslag till tentamen 015-01-1 9 8. Ett hål med radie 1 borras genom centrum av ett klot med radie. Hur stor andel av klotets volym är kvar? Lösning. Låt oss välja koordinatsystem så att origo är klotets medelpunkt och klotet är den rotationsvolym som genereras då kurvan x + y = 4 roteras runt x-axeln. Vi kan anta att hålet borras så att x-axen är centrallinje för borr-cylindern. I så fall är skärningspunkterna mellan cylindern och klotet i xy-planet punkterna (± 3, ±1). Den bortborrade delen består då av en cylinder med radie 1 och höjd 3 samt två sfäriska kalotter. Cylinderns volym är π 3. De sfäriska kalotterna fås som rotationsvolymer som genereras då kurvan x + y = 4 roteras runt x-axeln, dels på intervallet [ 3, ], dels på intervallet [, 3]. De sfäriska kalotternas volym är tillsammans ( ) 16 π (4 x ) dx = π 3 3 3 3. Eftersom klotets volym är 3π/3 får vi att andelen som tagits bort är π 3 + π ( 16 3 3 ) 3 = 3π/3 4π 3 0.35. 3π/3 3π/3 Ungefär 35 procent av klotets volym har borrats bort och därmed är det ungefär 65 procent kvar. Svar: Ungefär 65 procent.

10 SF1664 Tillämpad envariabelanalys med numeriska metoder Lösningsförslag till tentamen 015-01-1 9. Skriv ett MATLAB-program som beräknar en approximation av lösningen α till ekvationen 1 e αx dx =. 0 Lösning. Integralen approximeras med hjälp av trapetsregeln, och Newtons metod används för att lösa ekvationen i α. Funktionen vi vill finna ett nollställe till är alltså f(α) = h ( 1 eαx 0 + e αx 1 + e αx +... + e αx n 1 1 ) + eαx n, där (x 0, x 1, x..., x n ) = (0, h, h,..., 1). För Newtons metod behövs även derivatan av f: f (α) = h ( x 0 eαx 0 + x 1 e αx 1 + x e αx +... + x n 1 e αx n 1 x ) + n eαx n. Matlab-koden som följer använder startgissningen α 0 = 0. x=0:h:1; alphastep=1; alpha=0; while abs(alphastep) >1e-10 f=h*(sum(exp(alpha*x. )) exp(alpha x(1) )/... -exp(alpha*x(end) )/) ; fp=h*(sum(x.. exp(alpha x. ))... -x(1) exp(alpha x(1) )/... -x(end) exp(alpha x(end) )/); alphastep=f/fp; alpha=alpha-alphastep; end disp([ alpha ges approximativt av: numstr(alpha)]) Svar: Se lösningen.