SF1626 Flervariabelanalys Tentamen Torsdagen den 20 augusti 2015

Relevanta dokument
SF1626 Flervariabelanalys Lösningsförslag till tentamen DEL A

SF1626 Flervariabelanalys Tentamen Tisdagen den 7 juni 2016

SF1626 Flervariabelanalys Tentamen Måndagen den 16 mars 2015

SF1626 Flervariabelanalys Tentamen Torsdagen den 18 augusti 2016

SF1626 Flervariabelanalys Tentamen Tisdagen den 12 januari 2016

SF1626 Flervariabelanalys Tentamen Måndagen den 21 mars 2016

SF1626 Flervariabelanalys Lösningsförslag till tentamen DEL A

SF1626 Flervariabelanalys Tentamen Onsdagen den 15 mars 2017

SF1626 Flervariabelanalys Lösningsförslag till tentamen DEL A

SF1626 Flervariabelanalys Lösningsförslag till tentamen DEL A

SF1626 Flervariabelanalys Tentamen Tisdagen den 10 januari 2017

SF1626 Flervariabelanalys Lösningsförslag till tentamen DEL A

Lösningsförslag till tentamen Onsdagen den 15 mars 2017 DEL A

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

SF1626 Flervariabelanalys Lösningsförslag till tentamen DEL A

SF1626 Flervariabelanalys Lösningsförslag till tentamen DEL A

1 x. SF1626 Flervariabelanalys Lösningsförslag till tentamen DEL A

SF1626 Flervariabelanalys Tentamen Måndagen den 16 mars 2015

SF1669 Matematisk och numerisk analys II Lösningsförslag till tentamen DEL A

SF1626 Flervariabelanalys Lösningsförslag till tentamen DEL A

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

Tentamen: Lösningsförslag

Lösningsförslag till tentamen Torsdag augusti 16, 2018 DEL A

Lösningsförslag till tentamen Tisdagen den 10 januari 2017 DEL A

SF1669 Matematisk och numerisk analys II Lösningsförslag till tentamen DEL A

SF1626 Flervariabelanalys Lösningsförslag till tentamen DEL A

6. Räkna ut integralen. z dx dy dz,

SF1626 Flervariabelanalys Tentamen Måndagen den 26 maj, 2014

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.

TMV036 Analys och Linjär Algebra K Kf Bt, del C

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

SF1626 Flervariabelanalys Lösningsförslag till tentamen DEL A

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

SF1669 Matematisk och numerisk analys II Lösningsförslag till tentamen DEL A

Lösning till kontrollskrivning 1A

SF1626 Flervariabelanalys Tentamen 14 mars 2011,

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

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 Lösningsförslag till tentamen DEL A

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

Lösningsförslag till tentamen TMA043 Flervariabelanalys E2

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.

SF1626 Flervariabelanalys Tentamen Måndagen den 27 maj, 2013

Tentamen: Lösningsförslag

Institutionen för Matematik, KTH Torbjörn Kolsrud

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

Tentan , lösningar

Inlämningsuppgift nr 2, lösningar

SF1626 Flervariabelanalys Bedömningskriterier till tentamen Tisdagen den 7 juni 2016

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

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

Tentamen TMA044 Flervariabelanalys E2

Figur 1: Postföretagets rektangulära låda, definitioner.

Campus och distans Flervariabelanalys mag ATM-Matematik Mikael Forsberg och Yury Shestopalov (Mikael Forsberg)

SF1626 Flervariabelanalys Bedömningskriterier till tentamen Måndagen den 16 mars 2015

Tentamen i Flervariabelanalys F/TM, MVE035

x f x + y f y x. 2 Funktionen f(x, y) uppfyller alltså given differentialekvation.

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

( ) = 2x + y + 2 cos( x + 2y) omkring punkten ( 0, 0), och använd sedan detta ( ).

Övningstenta: Lösningsförslag

SF1626 Flervariabelanalys Lösningsförslag till tentamen DEL A

Tentamen MVE085 Flervariabelanalys

SF1626 Flervariabelanalys Tentamen 18 augusti 2011, Svar och lösningsförslag

SF1626 Flervariabelanalys Bedömningskriterier till tentamen Onsdagen den 15 mars 2017

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.

SF1669 Matematisk och numerisk analys II Bedömningskriterier till tentamen Torsdagen den 4 juni 2015

Tentamen i Analys B för KB/TB (TATA09/TEN1) kl 14 19

SF1626 Flervariabelanalys Lösningsförslag till tentamen DEL A

1.1 Stokes sats. Bevis. Ramgard, s.70

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).

Tentamen i Flervariabelanalys, MVE , π, kl

f(x, y) = ln(x 2 + y 2 ) f(x, y, z) = (x 2 + yz, y 2 x ln x) 3. Beräkna en vektor som är tangent med skärningskurvan till de två cylindrarna

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

SF1669 Matematisk och numerisk analys II Lösningsförslag till modelltentamen DEL A

Tentamen i TATA43 Flervariabelanalys

TMV036 Analys och linjär algebra K Kf Bt, del C

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

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

Lösningsförslag till tentamen TMA043 Flervariabelanalys E2

För studenter i Flervariabelanalys Flervariabelanalys MA012B ATM-Matematik Mikael Forsberg

Problem inför KS 2. Problem i matematik CDEPR & CDMAT Flervariabelanalys. KTH -matematik

Institutionen för Matematik, KTH Torbjörn Kolsrud

Flervariabelanalys E2, Vecka 3 Ht08

Lösningsförslag till tentamen TMA043 Flervariabelanalys E2

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

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)

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

Kontrollskrivning 1A

Tentamen i Flervariabelanalys F/TM, MVE , kl

SF1626 Flervariabelanalys

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

Repetition, Matematik 2 för lärare. Ï x + 2y - 3z = 1 Ô Ì 3x - y + 2z = a Ô Á. . Beräkna ABT. Beräkna (AB) T

SF1625 Envariabelanalys Tentamen Måndagen den 11 januari 2016

Tentamensskrivning, Kompletteringskurs i matematik 5B1114. Onsdagen den 18 december 2002, kl

Tentamen i Analys B för KB/TB (TATA09/TEN1) kl 14 19

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

= 0 genom att införa de nya

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

SF1625 Envariabelanalys Tentamen Måndagen den 12 januari 2015

Lösningsförslag till TMA043/MVE085

Transkript:

Institutionen för matematik SF1626 Flervariabelanalys Tentamen Torsdagen den 2 augusti 215 Skrivtid: 8:-1: Tillåtna hjälpmedel: inga Examinator: Mats Boij Tentamen består av nio uppgifter som vardera ger maximalt fyra poäng. Del A på tentamen utgörs av de tre första uppgifterna. Till antalet erhållna poäng från del A adderas dina bonuspoäng. Poängsumman på del A kan dock som högst bli 12 poäng. Bonuspoängen beräknas automatiskt. Antal bonuspoäng framgår från resultatsidan. De tre följande uppgifterna utgör del B och de tre sista uppgifterna del C, som främst är till för de högre betygen. Betygsgränserna vid tentamen kommer att ges av Betyg A B C D E Fx Total poäng 27 24 21 18 16 15 varav från del C 6 För full poäng på en uppgift krävs att lösningen är väl presenterad och lätt att följa. Det innebär speciellt att införda beteckningar ska definieras, att den logiska strukturen tydligt beskrivs i ord eller symboler och att resonemangen är väl motiverade och tydligt förklarade. Lösningar som allvarligt brister i dessa avseenden bedöms med högst två poäng. 1 Var god vänd!

SF1626 Flervariabelanalys Tentamen 215-8-2 DEL A 1. Betrakta funktionen f som är definierad i området där x + y 2 genom f(x, y, z) = x2 z x + y. 2 (a) Beräkna gradienten f(x, y, z). (1 p) (b) Bestäm riktningsderivatan av f i punkten (2, 1, 1) i riktning mot punkten (4, 1, 2). (2 p) (c) I vilken riktning växer f snabbast i punkten (2, 1, 1)? (1 p) 2. Betrakta vektorfältet F som ges av F(x, y) = (x + y 2 +, x ) 2 + y + 5 för (x, y) i R 2. (a) Vad innebär det att ett vektorfält är konservativt? (1 p) (b) Visa att vektorfältet F är konservativt. (1 p) (c) Använd vetskapen att vektorfältet är konservativt för att beräkna kurvintegralen F dr = (x + y ) ( x ) 2 + dx + 2 + y + 5 dy γ γ där γ är någon slät kurva som börjar i ( 2, ) och slutar i ( 2, 4). (2 p). Betrakta den homogena kropp K som ges av olikheterna x 2 + y 2 z 1. För att bestämma masscentrum för K behöver man bland annat beräkna integralen I z = z dxdydz. K (a) Hur beräknas masscentrum för K? (1 p) (b) Beräkna integralen I z. ( p) 2

SF1626 Flervariabelanalys Tentamen 215-8-2 DEL B 4. Beräkna största och minsta värdet av funktionen f(x, y) = x 2 y på området som ges av olikheten x 2 + 2y 2 6. (4 p) 5. De differentierbara funktionerna f(x, y) och g(r, θ) är relaterade genom Vi vet att g ( 2, π ) = r 2 Använd kedjeregeln för att beräkna x (1, ) g(r, θ) = f(r cos θ, r sin θ). och och g ( 2, π ) = 9. θ y (1, ). (Det är användbart att känna till att cos(π/) = 1/2 och sin(π/) = /2.) (4 p) 6. Betrakta flödet av vektorfältet v v(x, y, z) = (x + y, y, 2xy + z + ) upp genom den del av ytan z = 1 x 2 y 2 som ligger ovanför xy-planet. (a) Parametrisera ytan. (1 p) (b) Ställ upp integralen som beräknar flödet av v med hjälp av parametriseringen från del (6a). (2 p) (c) Beräkna flödet av v med hjälp av integralen från del (6b). (1 p) Var god vänd!

SF1626 Flervariabelanalys Tentamen 215-8-2 DEL C 7. Låt funktionen f(x, y) vara definierad för (x, y) (, ) genom f(x, y) = xy2 x 2 + y. 2 Visa att f blir kontinuerlig i origo om vi definierar f(, ) =. (4 p) 8. Bestäm den enkla, slutna, kontinuerligt deriverbara kurva C för vilken kraftfältet F(x, y) = (x 2 y + y 12y, 24x x 6xy 2 ) uträttar det största arbetet, då en partikel förflyttas ett varv moturs längs C. Ange också detta största arbete. (4 p) 9. Bestäm volymen av den kropp som ligger i området z och vars tvärsnitt med plan parallella med xz-planet är liksidiga trianglar med två hörn på enhetscirkeln i xy-planet. (4 p) 4

SF1626 Flervariabelanalys Lösningsförslag till tentamen 215-8-2 DEL A 1. Betrakta funktionen f som är definierad i området där x + y 2 genom f(x, y, z) = x2 z x + y 2. (a) Beräkna gradienten f(x, y, z). (1 p) (b) Bestäm riktningsderivatan av f i punkten (2, 1, 1) i riktning mot punkten (4, 1, 2). (2 p) (c) I vilken riktning växer f snabbast i punkten (2, 1, 1)? (1 p) Lösningsförslag. (a) Vi beräknar de pariella derivatorna och x = 2xz(x + y2 ) x 2 z 1 = x2 z + 2xy 2 z = xz x + 2y2 (x + y 2 ) 2 (x + y 2 ) 2 (x + y 2 ), 2 y = 2y x2 z (x + y 2 ) 2 = 2x2 yz (x + y 2 ) 2 z = x2 x + y 2. Därmed ges gradienten av ( ) x 2 z + 2xy 2 z f(x, y, z) =, 2x2 yz (x + y 2 ) 2 (x + y 2 ), x 2 2 x + y 2 (b) För att få riktningsderivatan behöver vi ta skalärprodukten med en enhetvektor i den givna rikningen. En vektor i riktningen ges av (4 2, 1 1, 2 1) = (2, 2, 1) som har längd 2 2 + ( 2) 2 + 1 2 = 9 =. I punkten (2, 1, 1) får vi f(2, 1, 1) = ( 22 1 + 2 2 1 2 1 (2 + 1 2 ) 2, 2 22 1 1 (2 + 1 2 ) 2, 2 2 2 + 1 2 ) = ( 8 9, 8 9, 4 )

2 SF1626 Flervariabelanalys Lösningsförslag till tentamen 215-8-2 Därmed ges riktningsderivatan av skalärprodukten ( 8 9, 8 9, 4 ) ( 2, 2, 1 ) = 16 27 + 16 27 + 4 16 + 16 + 12 = = 44 9 27 27. (c) Funktionens riktningsderivata är som störst i gradientens riktning, dvs i riktningen som ges av vektorn ( ) 8 eller av enhetsvektorn 9, 8 9, 4 ( 2, 2 ),. 17 17 17 Svar. ( ) x (a) Gradienten är f(x, y, z) = 2 z+2xy 2 z, 2x2 yz x, 2 (x+y 2 ) 2 (x+y 2 ) 2 x+y 2 (b) Riktningsderivatan är 44/27. ( 2 (c) Riktningsderivatan är störst i riktningen 17, 2 17, 17 ).

SF1626 Flervariabelanalys Lösningsförslag till tentamen 215-8-2 2. Betrakta vektorfältet F som ges av F(x, y) = (x + y 2 +, x ) 2 + y + 5 för (x, y) i R 2. (a) Vad innebär det att ett vektorfält är konservativt? (1 p) (b) Visa att vektorfältet F är konservativt. (1 p) (c) Använd vetskapen att vektorfältet är konservativt för att beräkna kurvintegralen F dr = (x + y ) ( x ) 2 + dx + 2 + y + 5 dy γ γ där γ är någon slät kurva som börjar i ( 2, ) och slutar i ( 2, 4). (2 p) Lösningsförslag. (a) Att vektorfältet är konservativt betyder att alla linjeintegraler F dr bara beror C på start- och ändpunkt. Detta är detsamma som att det finns en potential Φ så att F = Φ. (b) Ett sätt att se att fältet är konservativt är att hitta en potential, Φ. För att hitta en potential kan vi först integrera F 1 med avseende på x. Vi får då Φ(x, y) = x 2 /2 + xy/2 + x + C(y). När vi deriverar med avseende på y får vi Φ = x/2 + y C (y). Därmed kan vi välja C(y) = y 2 /2 + 5y och har då hittat en potiential Φ(x, y) = (x 2 + xy + y 2 )/2 + x + 5y. Alltså är fältet konservativt. Alternativt ser vi på F 2 x F 1 y = 1 2 1 2 = och eftersom F är definierad på ett enkelt sammanhängande område innebär det att F är konservativt. (c) I och med att fältet är konservativt med potentialen Φ kan vi beräkna kurvintegralen som F dr = (x + y ) ( x ) 2 + dx + 2 + y + 5 dy = Φ(x 1, y 1 ) Φ(x, y ). γ γ I vårt fall är (x, y ) = ( 2, ) och (x 1, y 1 ) = ( 2, 4) vilket ger Φ(x 1, y 1 ) Φ(x, y ) = Φ( 2, 4) Φ( 2, ) = ((( 2) 2 + ( 2)( 4) + ( 4) 2 )/2 + ( 2) + 5( 4)) ((( 2) 2 + ( 2) + 2 )/2 + ( 2) + 5 ) = (4 + 8 + 16)/2 6 2 (4 + + )/2 ( 6) = 14 6 2 2 + 6 = 8. Vi kan också ersätta γ med en rät linje mellan start- och ändpunkt. Vi får då exempelvis parametriseringen r(t) = ( 2, 4t) då t 1 vilket ger dr = r (t) dt =

4 SF1626 Flervariabelanalys Lösningsförslag till tentamen 215-8-2 γ (, 4) dt och kurvintegralen blir F dr = 1 4( 2/2 4t + 5) dt = 1 16t 16 dt = [ 8t 2 16t ] 1 = 8. Svar. (a) Att F är konservativt betyder att det finns en potential Φ med F = Φ. (c) Kurvintegralens värde är 8.

SF1626 Flervariabelanalys Lösningsförslag till tentamen 215-8-2 5. Betrakta den homogena kropp K som ges av olikheterna x 2 + y 2 z 1. För att bestämma masscentrum för K behöver man bland annat beräkna integralen I z = z dxdydz. K (a) Hur beräknas masscentrum för K? (1 p) (b) Beräkna integralen I z. ( p) Lösningsförslag. (a) För att beräkna masscentrum behöver vi beräkna volymen V = 1 dxdydz och de båda andra momentintegralerna I x = x dxdydz och I y = K K K y dxdydz. Masscentrum ges sedan av (I x /V, I y /V, I z /V ). (b) Vi använder cylinderkoordinater (x, y, z) = (r cos θ, r sin θ, z) och har då dxdydz = r drdθdz. Därmed ges integralen av 2π 1 1 2π 1 [ ] z 2 1 r I z = z dxdydz = zr dzdrdθ = drdθ r 2 2 = K 2π 1 ( ) [ r r 5 r 2 drdθ = 2π 2 4 r6 12 ] 1 ( r 2 1 = 2π 4 1 ) = π 12. Svar. (a) Masscentrum ges av (I x /V, I y /V, I z /V ) där V = 1 dxdydz är volymen och K I x = x dxdydz och I K y = y dxdydz. K (b) I z = π.

6 SF1626 Flervariabelanalys Lösningsförslag till tentamen 215-8-2 DEL B 4. Beräkna största och minsta värdet av funktionen f(x, y) = x 2 y på området som ges av olikheten x 2 + 2y 2 6. (4 p) Lösningsförslag. Funktionen f är kontinuerlig i och med att den ges av ett polynom. Därför antar den ett största och ett minsta värde på det kompakta område som ges av ellipsskivan x 2 + 2y 2 6. Vi undersöker först om det finns några stationära punkter för f. Gradienten ges av f(x, y) = (2xy, x 2 ) och denna är noll precis då x =. Alltså finns stationära punkter på y-axeln och där är funktionsvärdet f(, y) =. Det finns inga punkter där gradienten inte är definierad. Vi använder sedan Lagranges metod för att undersöka randpunkterna, dvs de punkter som uppfyller bivillkoret g(x, y) = där g(x, y) = x 2 + 2y 2 6 =. Vid en lokal extrempunkt på randen måste gradienten för f vara parallell med gradienten för g. Vi har att g(x, y) = (6x, 4y) och därmed får vi ekvationssystemet 2xy = λ6x x 2 = λ4y x 2 + 2y 2 = 6 Vi kan bortse från fallet då x = som vi redan behandlat och vi får då att λ = x 2 /(4y) = (2y)/6 och därmed x 2 = 4y 2. Insatt i bivillkoret ger det 4y 2 + 2y 2 = 6, dvs y 2 = 1. Därmed ges lösningarna av y = ±1 och x = ±2/. Vid dessa punkter har vi f(±2/, ±1) = ±4/. Eftersom värdet för f i de stationära punkterna ligger mellan dessa båda värden har vi hittat funktionens största och minsta värde på randen och dessa är 4/, respektive 4/. Svar. Funktionens största värde är f(±2/, 1) = 4/ och dess minsta värde är f(±2/, 1) = 4/.

SF1626 Flervariabelanalys Lösningsförslag till tentamen 215-8-2 7 5. De differentierbara funktionerna f(x, y) och g(r, θ) är relaterade genom Vi vet att g ( 2, π ) = r 2 Använd kedjeregeln för att beräkna x (1, ) g(r, θ) = f(r cos θ, r sin θ). och och g ( 2, π ) = 9. θ y (1, ). (Det är användbart att känna till att cos(π/) = 1/2 och sin(π/) = /2.) (4 p) Lösningsförslag. Funktionen g ges som en sammansättning av f och Φ där Φ(r, θ) = (r cos θ, r sin θ). Kedjeregeln formulerad för Jacobimatriserna ger därmed Dg = DfDΦ och om vi skriver ut det får vi [ g r g θ ] = [ x y ] [ Φ 1 r Φ 2 r Φ 1 θ Φ 2 θ I punkten (r, θ) = (2, π/) har vi Φ(2, π/) = (1, ) och [ ] [ ] cos θ r sin θ DΦ = = DΦ(2, π/) = 1/2. sin θ r cos θ /2 1 Vi kan invertera denna och eftersom determinanten är r = 2 får vi [ ] 1 1/2 = 1 [ ] 1 /2 1 2 /2 1/2 och Df(1, ) = Dg(2, π/)(dφ(2, π/)) 1 = Därmed är x (1, ) = 2 och Vi kan också skriva upp kedjeregeln som g r = x x r + y och y r Vi behöver därmed lösa ekvationssystemet [ { 1 + x 2 y ]. [ ] 1 1 9] = [ 2 ]. 2 2 2 y (1, ) =. 1 2 g θ = x x θ + y y θ. = 2 2 ( ) + 1 = 9 x y vilket med Gausselimination ger samma lösning som ovan. Svar. x (1, ) = 2 och y (1, ) =.

8 SF1626 Flervariabelanalys Lösningsförslag till tentamen 215-8-2 6. Betrakta flödet av vektorfältet v v(x, y, z) = (x + y, y, 2xy + z + ) upp genom den del av ytan z = 1 x 2 y 2 som ligger ovanför xy-planet. (a) Parametrisera ytan. (1 p) (b) Ställ upp integralen som beräknar flödet av v med hjälp av parametriseringen från del (6a). (2 p) (c) Beräkna flödet av v med hjälp av integralen från del (6b). (1 p) Lösningsförslag. (a) Vi kan välja x och y som parametrar och får då ytan som r(x, y) = (x, y, 1 x 2 y 2 ) där x 2 + y 2 1. Ett annat alternativ är polära koordinater r(r, θ) = (r cos θ, r sin θ, 1 r 2 ), där r 1 och θ 2π. (b) Om vi använder den första parametriseringen får vi en normalvektor som D 2π 1 D r x r = (1,, 2x) (, 1, 2y) = (2x, 2y, 1) x Denna är riktad upp genom ytan. Vi behöver beräkna skalärprodukten med fältet och sedan integrera över ytan. I och med att vi behöver multiplicera och dividera med längden av normalvektorn blir flödet 2x(x + y) + 2y 2 + 2xy + (1 x 2 y 2 ) + dxdy = x 2 + y 2 + 4xy + 4 dxdy där D är enhetscirkeln i xy-planet. Med den andra parametriseringen får vi normalvektor r r r θ = (cos θ, sin θ, 2r) ( r sin θ, r cos θ, ) = (2r2 cos θ, 2r 2 sin θ, r) Flödet ges då av 2r 2 cos θ(r cos θ + r sin θ) + 2r 2 sin θ r sin θ + r(2r 2 cos θ sin θ + 1 r 2 + ) drdθ = 2π 1 D r + 4r + 4r cos θ sin θ drdθ. (c) Vi beräknar den första integralen genom övergång till polära koordinater x 2 + y 2 + 4xy + 4 dxdy = 2π 1 (r 2 + 4r 2 cos θ sin θ + 4)rdrdθ = [ ] r 4 1 2π 4 + 2r2 = 2π 9 4 = 9π 2 där vi använt att 2π sin θ cos θ dθ =. Om vi använt den andra parametriseringen får vi samma integral i polära koordinater.

SF1626 Flervariabelanalys Lösningsförslag till tentamen 215-8-2 9 Svar. (a) Till exempel r(x, y) = (x, y, 1 x 2 y 2 ) där x 2 +y 2 1 eller r(r, θ) = (r cos θ, r sin θ, 1 r 2 ), där θ 2π och r 1. (b) Flödet ges av integralen D x2 + y 2 + 4xy + 4 dxdy där D är området x 2 + y 2 1 eller 2π 1 r + 4r + 4r cos θ sin θ drdθ. (c) Flödet upp genom ytan är 9π/2.

1 SF1626 Flervariabelanalys Lösningsförslag till tentamen 215-8-2 DEL C 7. Låt funktionen f(x, y) vara definierad för (x, y) (, ) genom f(x, y) = xy2 x 2 + y. 2 Visa att f blir kontinuerlig i origo om vi definierar f(, ) =. (4 p) Lösningsförslag. Att f är kontinuerlig i origo betyder att f(, ) är lika med gränsvärdet av f(x, y) då (x, y) går mot (, ). Om vi använder polära koordinater kan vi skriva g(r, θ) = f(r cos θ, r sin θ) och vi har (r cos θ)(r sin θ)2 g(r, θ) = = r cos θ sin 2 θ. r 2 Eftersom cos θ sin 2 θ 1 1 2 = 1 har vi att g(r, θ) r för alla (r, θ). Därmed får vi för varje ɛ > att f(x, y) är mindre än ɛ från för alla (x, y) som ligger på avstånd mindre än ɛ från origo. Alltså har vi att lim f(x, y) = (x,y) (,) och f blir kontinuerlig i origo om f(, ) =.

SF1626 Flervariabelanalys Lösningsförslag till tentamen 215-8-2 11 8. Bestäm den enkla, slutna, kontinuerligt deriverbara kurva C för vilken kraftfältet F(x, y) = (x 2 y + y 12y, 24x x 6xy 2 ) uträttar det största arbetet, då en partikel förflyttas ett varv moturs längs C. Ange också detta största arbete. (4 p) Lösningsförslag. Enligt Greens sats får vi att ( Q F dr = x P ) dxdy y C D där D är det område som innesluts av kurvan C. Vi kan använda satsen i och med att F är kontinuerligt deriverbart och C är en kontinerligt deriverbar kurva. I vårt fall har vi ( Q x P ) = 24 x 2 6y 2 x 2 y 2 + 12 = 6 4x 2 9y 2. y Integralen av detta skalärfält blir som störst om vi integrerar över hela det område där det är icke-negativt, dvs över hela ellipsen som ges av 4x 2 + 9y 2 6. Då blir integralens värde (6 4x 2 9y 2 ) dxdy D och vi kan använda variabelbytet (x, y) = (r cos θ, 2r sin θ) där r 1 och θ 2π. Detta ger Jacobianen [ ] cos θ r sin θ det = 6r(cos 2 sin θ 2r cos θ 2 θ + sin 2 θ) = 6r. D Därmed blir integralens värde (6 4x 2 9y 2 ) dxdy = 2π 1 (6 6r 2 ) 6r drdθ = 2π 6 6 1 [ r 2 = 42π 2 r4 4 (r r ) dr ] 1 = 18π. Svar. Arbetet blir som störst för ellipsen 4x 2 + 9y 2 arbetet 18π. = 6 genomlöps moturs och då blir

12 SF1626 Flervariabelanalys Lösningsförslag till tentamen 215-8-2 9. Bestäm volymen av den kropp som ligger i området z och vars tvärsnitt med plan parallella med xz-planet är liksidiga trianglar med två hörn på enhetscirkeln i xy-planet. (4 p) Lösningsförslag. Tvärsnittets sida beror på y som s = 2 1 y 2 och höjden ges av h = 1 y2. Därmed ges tvärsnittsarean av 1 2 sh = (1 y 2 ). Vi integrerar tvärsnittsarean över intervallet 1 y 1 och får volymen som 1 ] 1 ( (1 y 2 ) dy = [y y = 1 1 V = V = 1 1 ) ( 1 1 ) = 4. Vi kan också beräkna detta genom att se på begränsningsytan som ges av grafen för funktionen f(x, y) = ( 1 y 2 x ). Vi får volymen som D ( 1 y 2 x ) dxdy = = 1 1 2 1 1 och vi har då samma integral som ovan. Svar. Volymen är 4 / volymsenheter. 1 y 2 2 ( 1 y 2 x) dxdy [ 1 y2 x x2 2 ] 1 y 2 dy = 1 1 (1 y 2 ) dy