Lösningsförslag envariabelanalys

Relevanta dokument
Lösningsförslag envariabelanalys

Svar till tentan

Prov i matematik Fristående kurs Analys MN1 distans UPPSALA UNIVERSITET Matematiska institutionen Anders Källström

TNA004 Analys II Tentamen Lösningsskisser

Tentamen i Envariabelanalys 2

Institutionen för matematiska vetenskaper Chalmers tekniska högskola. Skissartade lösningsförslag till tentamen TMA976.

12. Numeriska serier NUMERISKA SERIER

SF1625 Envariabelanalys Lösningsförslag till tentamen DEL A

a k . Serien, som formellt är följden av delsummor

SF1625 Envariabelanalys Lösningsförslag till tentamen

SF1625 Envariabelanalys Lösningsförslag till tentamen DEL A

Lösningsförslag till TATA42-tentan

SF1625 Envariabelanalys Lösningsförslag till tentamen DEL A

SF1625 Envariabelanalys Tentamen Måndagen den 12 januari 2015

SF1664 Tillämpad envariabelanalys med numeriska metoder Lösningsförslag till tentamen DEL A

SF1625 Envariabelanalys Lösningsförslag till tentamen DEL A

Studietips inför kommande tentamen TEN1 inom kursen TNIU23

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

SF1625 Envariabelanalys Lösningsförslag till tentamen DEL A

LÖSNINGSFÖRSLAG TILL TENTAMEN 2 SF1664

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

SF1625 Envariabelanalys Lösningsförslag till tentamen DEL A

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

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.

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

SF1625 Envariabelanalys Tentamen Måndagen den 11 januari 2016

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

TNA004 Analys II Tentamen Lösningsskisser

L HOSPITALS REGEL OCH MACLAURINSERIER.

Potensserier och potensserieutvecklingar av funktioner

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

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

SF1625 Envariabelanalys Lösningsförslag till tentamen DEL A

Lösningar till MVE016 Matematisk analys i en variabel för I yy 1 + y 2 = x.

Uppsala Universitet Matematiska Institutionen Thomas Erlandsson, Sebastian Pöder

SF1625 Envariabelanalys Lösningsförslag till tentamen DEL A

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

TATA42: Föreläsning 8 Linjära differentialekvationer av högre ordning

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

motiveringar. Lämna tydliga svar. 1 (arcsin x) 2 dx: (0.6)

TATA42: Föreläsning 3 Restterm på Lagranges form

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

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

SF1626 Flervariabelanalys

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

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

Meningslöst nonsens. December 14, 2014

Repetition, Envariabelanalys del

SF1625 Envariabelanalys

TATA42: Föreläsning 5 Serier ( generaliserade summor )

Föreläsning 1. X kallas för funktionens definitionsmängd, mängden av funktionens alla värden kallas funktionens värdemängd.

ÖVN 6 - DIFFERENTIALEKVATIONER OCH TRANSFORMMETODER - SF Nyckelord och innehåll. a n (x x 0 ) n.

v0.2, Högskolan i Skövde Tentamen i matematik

TATA42: Föreläsning 6 Potensserier

1 Föreläsning 14, följder och serier

SF1625 Envariabelanalys Tentamen Lördagen den 11 januari, 2014

Om användning av potensserier på kombinatorik och rekursionsekvationer

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

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

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

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

TATA42: Föreläsning 7 Differentialekvationer av första ordningen och integralekvationer

TATA42: Föreläsning 10 Serier ( generaliserade summor )

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

Lösningsförslag, preliminär version 0.1, 23 januari 2018

Kap 5.7, Beräkning av plana areor, rotationsvolymer, rotationsareor, båglängder.

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

TATA42: Föreläsning 9 Linjära differentialekvationer av ännu högre ordning

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

Preliminärt lösningsförslag till del I, v1.0

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

MMA127 Differential och integralkalkyl II

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

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

Lösningsförslag obs. preliminärt, reservation för fel

Lösningsförslag till tentamen Torsdag augusti 16, 2018 DEL A

gränsvärde existerar, vilket förefaller vara en naturlig definition (jämför med de generaliserade integralerna). I exemplet ovan ser vi att 3 = 3 n n

TENTAMEN. Ten2, Matematik 1 Kurskod HF1903 Skrivtid 13:15-17:15 Fredagen 25 oktober 2013 Tentamen består av 4 sidor

Modul 4 Tillämpningar av derivata

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

1. (a) Beräkna gränsvärdet (2p) e x + ln(1 x) 1 lim. (b) Beräkna integralen. 4 4 x 2 dx. x 3 (x 1) 2. f(x) = 3. Lös begynnelsevärdesproblemet (5p)

IV. Ekvationslösning och inversa funktioner

LMA515 Matematik, del B Sammanställning av lärmål

Lösningar till Matematisk analys

Maclaurins och Taylors formler. Standardutvecklingar (fortsättning), entydighet, numerisk beräkning av vissa uttryck, beräkning

Lösningsförslag, v0.4

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

Dagens ämnen. Potensserier

Typexempel med utförliga lösningar TMV130. Matem. Analys i En Var.. V, AT.

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

Tentamen SF e Januari 2016

SF1626 Flervariabelanalys Lösningsförslag till tentamen DEL A

SF1625 Envariabelanalys Tentamen Onsdagen den 5 juni, 2013

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

Meningslöst nonsens. November 19, 2014

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

SF1626 Flervariabelanalys Lösningsförslag till tentamen DEL A

Matematik 4 Kap 3 Derivator och integraler

Mer om generaliserad integral

Tentamen SF1661 Perspektiv på matematik Lördagen 18 februari 2012, klockan Svar och lösningsförslag

Transkript:

Lösningsförslag envariabelanalys 2 28-8-3. Evationen är linjär och har det arateristisa polynomet p(r) r 3 r 2 + 4r 4 (r 2 + 4)(r ). Således ges lösningarna till den homogena evationen p(d)y h av y h C e x + C 2 cos 2x + C 3 sin 2x enligt änd sats. För att hitta partiulärlösningar utnyttjar vi superpositionsprincipen och hittar först en lösning till p(d)y p 5e x. Eftersom r är en (enel)rot till p(r) så försöer vi med ansatsen y p Axe x. Diret derivering visar att p(d)(axe x ) (3Ae x + Axe x ) (2Ae x + Axe x ) + (4Ae x + 4Axe x ) 4Axe x 5Ae x, så om vi låter A gör det att högerledet blir 5e x. Givetvis an vi ansätta y p z(x)e x istället och använda försjutningssatsen (eller derivera på lit ovan) istället. För att hitta en partiulärlösning till p(d)y p2 2x ansätter vi y p2 Ax + B. Insatt i evationen ger detta p(d)(ax + B) 4A 4(Ax + B) 4Ax + 4A 4B, så 4A 2 och 4A 4B. Alltså är A B 5. Svar: C e x + C 2 cos 2x + C 3 sin 2x + xe x + 5x + 5. 2. (a) Integranden är positiv och integralen är generaliserad i oändligheten. Vi ser diret att + x 2 + x dx + x 2 7 + x dx + 7 + dx 2, vilet visar den första oliheten. För att hitta en begränsning uppåt delar vi upp i två delar. Eftersom och så är + x 2 + x dx + 7 + dx 2 + x 2 + x dx 2x 2 7 x dx 2 dx 7 x 5 2 + x 2 + x 7 dx 2 + 2 3.

(b) Till exempel så ommer till exempel votriteriet: > lim Svar: (a) Se ovan 3. Eftersom (b) t ex x att ha onvergensradien R 2. Vi an se detta från 2 x / 2 x 2. t! et för alla t R så är e /5 N+! ( ) 5 x lim 2 x 2 N ( )! 5 }{{} approximation x < 2. ( ) +! 5 N+ }{{} fel för alla positiva heltal N. Vi söer N så att felet (svansen på serien) blir < 5. Vi ser att serien är positiv och ( ) <! 5 (N + )! ( ) 5 N+ 5 (N + )! 4 5. N Genom att testa oss fram observerar vi att med N 4 blir Således är med ett absolut fel på högst 5. (N + )! 4 5 N 2 5 3 5 5 3 < 5 5. e /5 4 5! Alternativt. Låt f(x) e x. Då är f (n) (x) e x för alla positiva heltal n och f(x) + x + x2 2 + x3 3! + x4 4! + eξ 5! x5, där ξ ligger mellan och x. Varför ordning 4? Vi ommer strax till det. Vi vill approximera e /5, så e /5 f(/5) + 5 + 2 5 + 2 6 5 + + eξ, 3 24 5 4 2 5 5 } {{ } approximation där ξ ligger mellan och /5. Eftersom e ξ e /5 < e < 3 så är e ξ 2 5 5 < 3 3 5 3 3 25 < 5, så är det absoluta felet < 5. Svar: + 5 + 2 5 + 2 6 5 + 3 24 5. 4 }{{} fel

4. Evationen är inte linjär men av ordning ett. Vi sriver om evationen på en form där vi an försöa separera variablerna: y cos 3x y 2 dy cos 3x dx y3 y 2 3 C + sin 3x. 3 Vi söer lösningen där y(), så Således blir 3 C +. y ( + sin 3x) /3, x R. Emmelertid finns här ett problem, då y fatist inte är deriverbar där sin 3x, dvs när x π/6 + 2nπ/3 för n Z. Fatum är att evationen inte ens är definierad i dessa punter då y där. Största möjliga definitionsmängd ges därför av ] π/6, π/2[ eftersom vi har villoret att y(). y 5 4 3 2 2 3 4 5 x För att hitta Maclaurinutveclingen har vi åtminstone två alternativ. Vi an endera direta ta fram den från ovanstående uttryc eller så deriverar vi differentialevationen implicit (under antagandet att lösningen fatist existerar, men det har vi precis visat). Ifrån begynnelsevilloret har vi att y(), så y () 2 med x och y ). Vidare gäller att y (x) 3 sin 3x y 2 så y () 2. Vi deriverar en gång till: y (3) (x) 9 cos 3x y 2 + 6 sin 3x y 3 2 cos 3x y 3 y (x) y (x) + 6y (x) sin 3x 2y (x) cos 3x y 3 (diret ur evationen + 6 cos 3x y 4 y (x) 2, vilet ger att y (3) () 9 + 4 + 6. Diret insättning i Maclaurins formel visar att y(x) y() + y ()x + y () 2 x2 + y(3) () x 3 + O(x 4 ) + x x 2 + 3! 6 x3 + O(x 4 ). Alternativt. Standardutveclingar ger att y ( + sin 3x) /3 + sin 3x + 3 9 sin2 3x + 5 8 sin3 3x + O(sin 4 3x) + ) (3x (3x)3 + O(x 5 ) + ( 3x + O(x 3 ) ) 2 5 ( + 3x + O(x 3 ) ) 3 + O(x 4 ) 3 6 9 8 + x 3x3 2 x2 + 5(3x)3 + O(x 4 ) 8 + x x 2 + x3 6 + O(x4 )

Svar: y ( + sin 3x) /3, π/6 < x < π/2; y(x) + x x 2 + 6 x3 + O(x 4 ). 5. Vi delar upp serien i två delar. Under förutsättningen att vi visar att dessa är onvergenta så är det tillåtet. Alltså, + sin(π/2) 3 l l 3 + sin(π/2) 3. Vi ser att sin(π/2) om är jämn och sin((2l + )π/2) ( ) l för l Z. Detta gör att den andra serien an srivas sin(π/2) ( ) l 3 3 ( ) l 2l+ 3 9 3 + /9 3. För att hantera den första serien, låt oss introducera potensserien f(x) x. Konvergensradien är R (varför?) och för x < gäller att Med x 3 x d ( x ) x x d dx dx erhåller vi att x x d ( ) dx x 3 /3 ( /3) 3 2 4. Eftersom båda serierna är onvergenta gäller att Svar: 2 2. + sin(π/2) 3 3 4 + 3 2 2. x ( x) 2. 6. De olia områdena D n uppfyller att D n D n+ och då n så ommer D n att närma sig en vadrat. ( Rimligen ) borde vi förvänta oss att tyngdpunten för D n ommer att närma sig 2, då n. Sevensen D n av områden ser ut enligt nedan, där ljusare 2 suggning innebär att den delen av området läggs till vid större värden på n. För n är området triangeln ovanför linjen y x och för n är området vadraten [, ] [, ].

Enlaste sättet att identifiera tyngdpunterna är nog att använda Pappos-Guldins regler balänges. Vi låter A n vara arean (den plana arean) av området D n : A n ( x n ) dx n + n n +. Låt nu V n,x vara volymen som uppstår då D n roterar ett varv ring x-axeln och V n,y vara volymen som uppstår när D n roterar ett varv ring y-axeln. Om (x n, y n ) är tyngdpunten i D n så gäller då att V n,x 2πy n A n och V n,y 2πx n A n. Vi beränar rotationsvolymerna. Med sivformeln erhåller vi att ( V n,x π ( 2 (x n ) 2 ) dx π ) 2n + och med rörformeln blir V n,y 2π Vi finner därmed att och y n x n ( x( x n ) dx 2π 2 ) ( π 2 ). n + 2 n + 2 V n,x 2n+ 2n 2π A n n+ V n,y 2 n+2 2n 2π A n n+ Med dessa uttryc är det lart att 2n 2n + n + 2n n + 2n + n n + 2 n + 2n n + 2n + 4. x n + /n 2 + 4/n 2 och y n + /n 2 + /n 2,

då n (precis som vi misstänte!). Alternativt. Man an även använda definitionen av tyngdpunt diret. För den som läst flervariabelanalys anse denna variant är naturligare. Området ser ungefär ut enligt nedan (beroende på n). y x n y + dy y x x + dx Låt da n (x) ( x n ) dx vara ett areaelement med syfte på x, x. Då gäller att x n x da n (x) (x x n+ ) dx ( A n A n A n 2 ) n + n + 2 n n 2n + 4 n + 2n + 4. På linande sätt an vi (eftersom y x n x y /n då x ) erhålla ett areaelement med syfte på y, y, enligt da n (y) y /n dy. Använder vi detta an vi se att y n y da n (y) y +/n dy A n A n A n Svar: (x n, y n ) 2 + /n n + n ( ) ( n + 2n + 4, n + ; (x n, y n ) 2n + 2, ) då n. 2 n 2n + n + 2n +. 7. Serien är alternerande (för varje x) och termernas belopp är monotont avtagande mot noll (för varje x): ( ) + + + x ( ) + x för alla positiva heltal och ( ) + x då. + x

Enligt Leibniz riterium är serien således onvergent. Eftersom serien är onvergent så gäller att f(x) f(y) ( ( ) + x ( ) + y ( y x ) ) ( ) ( + x )( + y ). ( ) ( + y ( + x ) ( + x )( + y ) Om vi studerar termerna i denna serie lite närmare ser vi att även detta är en Leibniz-serie (serien alternerar och termernas belopp avtar mot noll), så serien är till beloppet begränsad av beloppet av första termen: ( ) ( + x )( + y ) ( + x )( + y ). Således ommer f(x) f(y) y x x y, där vi använde omvända triangeloliheten i den sista oliheten. Svar: se ovan. )