Lösningsförslag till tentamen TMA043 Flervariabelanalys E2

Relevanta dokument
Lösningsförslag till tentamen TMA043 Flervariabelanalys E2

Tentamen TMA044 Flervariabelanalys E2

Tentamen TMA044 Flervariabelanalys E2

Tentamen TMA044 Flervariabelanalys E2

Lösningsförslag till tentamen TMA043 Flervariabelanalys E2

Tentamen MVE085 Flervariabelanalys

Tentamen TMA043 Flervariabelanalys E2

Tentamen TMA044 Flervariabelanalys E2

Omtentamen (med lösningar) MVE085 Flervariabelanalys

Lösningsförslag till TMA043/MVE085

Omtentamen MVE085 Flervariabelanalys

Tentamen MVE085 Flervariabelanalys

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

Tentamen i Flervariabelanalys, MVE , π, kl

TMV036 Analys och Linjär Algebra K Kf Bt, del C

Institutionen för Matematik, KTH Torbjörn Kolsrud

SF1626 Flervariabelanalys Tentamen Tisdagen den 12 januari 2016

Tentamen: Lösningsförslag

SF1626 Flervariabelanalys Tentamen Tisdagen den 7 juni 2016

Tentamen MVE035 Flervariabelanalys F/TM

TMV036/MVE350 Analys och Linjär Algebra K Kf Bt KI, del C

SF1626 Flervariabelanalys Lösningsförslag till tentamen DEL A

SF1626 Flervariabelanalys Lösningsförslag till tentamen DEL A

SF1626 Flervariabelanalys Lösningsförslag till tentamen DEL A

Inlämningsuppgift nr 2, lösningar

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

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.

SF1626 Flervariabelanalys Lösningsförslag till tentamen DEL A

SF1626 Flervariabelanalys Tentamen Torsdagen den 20 augusti 2015

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

SF1626 Flervariabelanalys Tentamen Torsdagen den 18 augusti 2016

SF1626 Flervariabelanalys Tentamen Måndagen den 16 mars 2015

Tentan , lösningar

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

SF1626 Flervariabelanalys Tentamen Måndagen den 21 mars 2016

1 x. SF1626 Flervariabelanalys Lösningsförslag till tentamen DEL A

Tentamen i Flervariabelanalys F/TM, MVE , kl

Lösningsförslag till tentamen Onsdagen den 15 mars 2017 DEL A

Chalmers tekniska högskola Datum: kl Telefonvakt: Christoffer Standar LMA033a Matematik BI

SF1626 Flervariabelanalys Lösningsförslag till tentamen DEL A

= 0 genom att införa de nya

Övningstenta: Lösningsförslag

SF1626 Flervariabelanalys Tentamen Onsdagen den 15 mars 2017

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

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

Tentamen (med lösningar) MVE085 Flervariabelanalys

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

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).

SF1626 Flervariabelanalys Lösningsförslag till tentamen DEL A

SF1626 Flervariabelanalys Tentamen Tisdagen den 10 januari 2017

SF1626 Flervariabelanalys Lösningsförslag till tentamen DEL A

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

SF1626 Flervariabelanalys Lösningsförslag till tentamen DEL A

6. Räkna ut integralen. z dx dy dz,

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

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

Lösningsförslag till tentamen Tisdagen den 10 januari 2017 DEL A

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

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.

Chalmers tekniska högskola Datum: kl Telefonvakt: Carl Lundholm MVE475 Inledande Matematisk Analys

SF1626 Flervariabelanalys Tentamen 18 augusti 2011, Svar och lösningsförslag

Lösning till kontrollskrivning 1A

SF1626 Flervariabelanalys Lösningsförslag till tentamen DEL A

SF1626 Flervariabelanalys Lösningsförslag till tentamen DEL A

Institutionen för Matematik, KTH Torbjörn Kolsrud

SF1669 Matematisk och numerisk analys II Lösningsförslag till tentamen DEL A

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

Lösningsförslag till tentamen Torsdag augusti 16, 2018 DEL A

Deltentamen. TMA044 Flervariabelanalys E2

För studenter i Flervariabelanalys Flervariabelanalys MA012B ATM-Matematik Mikael Forsberg

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

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)

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

Tentamen: Lösningsförslag

TATA44 ösningar till tentamen 13/01/ ) Paraboloiden z = 2 x 2 y 2 skär konen z = x 2 + y 2 då x 2 + y 2 = 2 x 2 y 2. Med

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

Kontrollskrivning 1A

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

Figur 1: Postföretagets rektangulära låda, definitioner.

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

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

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

SF1626 Flervariabelanalys Tentamen 14 mars 2011,

SF1626 Flervariabelanalys Lösningsförslag till tentamen DEL A

y= x dx = x = r cosv $ y = r sin v ,dxdy = rdrdv ' 2* så får vi att

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

1.1 Stokes sats. Bevis. Ramgard, s.70

TMV036 Analys och linjär algebra K Kf Bt, del C

Chalmers tekniska högskola Datum: kl Telefonvakt: Jonny Lindström LMA222a Matematik DAI1 och EI1

Flervariabelanalys. F1, KandMa1, KandFy1 och Gylärare

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

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

1. Beräkna och klassificera alla kritiska punkter till funktionen f(x, y) = 6xy 2 2x 3 3y 4 2. Antag att temperaturen T i en punkt (x, y, z) ges av

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.

Flervariabelanalys E2, Vecka 3 Ht08

Tentamen i Flervariabelanalys F/TM, MVE035

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

Flervariabelanalys I2 Vintern Översikt föreläsningar vecka 6. ( ) kommer vi att studera ytintegraler, r r dudv

SF1626 Flervariabelanalys Lösningsförslag till tentamen DEL A

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

Transkript:

Lösningsförslag till tentamen TMA43 Flervariabelanalys E 4-8-3 kl. 8.3.3 Examinator: Peter Hegarty, Matematiska vetenskaper, Chalmers Telefonvakt: Åse Fahlander, telefon: 73 88 34 Hjälpmedel: bifogat formelblad, ordlistan från kurswebbsidan, ej räknedosa För godkänt på tentan krävs antingen 5 poäng på godkäntdelens två delar sammanlagt, eller att båda delarna är godkända var för sig. För godkänt på del krävs minst poäng, för godkänt på del krävs 3 poäng. Erhållen poäng på någon av delarna får ersätta poäng på motsvarande del på senare tentamen tills kursen ges nästa läsår. För godkänt på kursen skall också Matlabmomentet vara godkänt. För betyg 4 eller 5 krävs dessutom 33 resp. 4 poäng sammanlagt på tentamens alla delar, inklusive eventuella bonuspoäng från kryssuppgifterna. Lösningar läggs ut på kursens webbsida första vardagen efter tentamensdagen. Tentan rättas och bedöms anonymt. Resultat meddelas via Ladok ca. tre veckor efter tentamenstillfället. Första granskningstillfälle meddelas på kurswebbsidan, efter detta sker granskning alla vardagar 9-3, MV:s exp. Godkäntdelen, del Uppgift och se nästa blad Godkäntdelen, del Uppgift 3, 4 och 5 se blad 3 Överbetygsdelen Endast om man ligger enstaka poäng från godkänt och presterat riktigt bra på någon av följande uppgifter kan poäng på denna del räknas in för att nå godkäntgränsen. Normalt krävs för poäng på uppgift att man redovisat en fullständig lösningsgång, som i princip lett, eller åtminstone skulle kunnat leda, till målet. 6. Visa att ekvationen x + y z + e 3z = implicit definierar en funktion z = f(x, y) i en omgivning av punkten (,, ). Bestäm sedan Taylorpolynomet av grad till funktionen f(x, y) i punkten (, ). (6p) Lösning: Sätt F(x, y, z) = x+y z+e 3z. Vi har F 3 (x, y, z) = +3e 3z och speciellt är F 3 (,, ) =, så det följer av Implicita funktionssatsen att ekvationen F(x, y, z) = implicit definierar en funktion z = f(x, y) i en omgivning av punkten (,, ). Vidare är; x + y f(x, y) + e 3f(x,y) =, för alla (x, y) i en omgivning av (, ) Deriverar vi båda led m.a.p.x resp.y så får vi + ( + 3e 3f(x,y) )f (x, y) = och + ( + 3e 3f(x,y) )f (x, y) = Speciellt får vi att; f (, ) = och f (, ) =. Ytterligare derivering ger att; 9e 3f(x,y) (f (x, y)) + ( + 3e 3f(x,y) )f (x, y) = 9e 3f(x,y) f (x, y)f (x, y) + ( + 3e 3f(x,y) )f (x, y) = 9e 3f(x,y) (f (x, y)) + ( + 3e 3f(x,y) )f (x, y) = och speciellt får vi att f (, ) = 9, f (, ) = 9, f (, ) = 9

Taylorpolynomet av andra ordningen till f(x, y) i punkten (, ) är därför p (x, y) = f(, ) + f (, )x + f (, )y + ( f (, )x + f (, )xy + f (, )y ) = = x y 9 ( x + xy + y ) Svar: p (x, y) = x y 9 x 8 xy 9 y 7. (a) För ett vektorfält F, visa att div (curl F) = så länge alla partiella derivator existerar. (p) Lösning: Om F = F i + F j + F 3 k så är ( F3 curlf = y F ) i + z och därmed div (curlf) = x ( F z F 3 x ) ( F j + x F ) k y ( F3 y F ) + ( F z y z F ) 3 + ( F x z x F ) = y = F 3 x y F x z + F y z F 3 y x + F z x F z y = (b) Med hjälp av Stokes sats, beräkna kurvintegralen C F dr, där F = yi + x j + z 3 k och C är skärningskurvan mellan cylindern x +y = 4 och planet x+z = 3, orienterad moturs sett uppifrån längs z-axeln. (4p) Lösning: Låt S vara den del av planet x+z = 3 som ligger inuti cylindern x +y = 4 och låt ˆN vara den uppåtriktade enhetsnormalen på ellipsskivan S. Då är; F dr = curlf ˆN ds C Här är; curlf = (x + )k och ˆN ds = (i + k)dxdy och S projiceras ner på cirkelskivan D : x + y 4 i xy-planet. Varpå vi får att; curlf ˆN ds = (x + )dxdy = dxdy = arean av D = 4π S D S D 8. (a) För en funktion f : R R och en punkt (a, b), förklara vad som menas med (i) att f är differentierbar i (a, b), (ii) gradienten f(a, b), (iii) nivåkurvan till f genom punkten (a, b). (b) Bevisa att om f är differentierbar i (a, b) och f(a, b), då är f(a, b) normal till nivåkurvan till f genom (a, b). (p) (p) (p) (3p) Lösning: Se Kapitel i boken. Del (b) är Sats.6.

Anonym kod sid.nummer Poäng TMA43 Flervariabelanalys E 4-8-3 Godkäntdelen: del. Till nedanstående uppgifter skall korta lösningar redovisas, samt svar anges, på anvisad plats (endast lösningar och svar på detta blad, och på anvisad plats, beaktas). (a) Bestäm u f(x, y), då f(x, y) = exy, x = 3u sinv och y = 4uv. Lösning: Kedjeregeln ger att; (p) f u = f x x u + f y y u = (yexy )(3 sin v) + (xe xy )(4v ) = = 4uv sin v e u v sin v. Svar: u f(x, y) = 4uv sinv e u v sin v (b) Låt f(x, y) = x + e x y. Bestäm ekvationen för tangentplanet till ytan z = f(x, y) i punkten (,, ). Bestäm även ett approximativt värde för f(.,.3). (3p) Lösning: Tangentplanet till en funktionsyta z = f(x, y) i en punkt (x, y, z ) beskrivs av ekvationen; Här gäller att z = z + f (x, y )(x x ) + f (x, y )(y y ). () f (x, y) = + xe x y, f (x, y) = e x y, så f (, ) = och f (, ) =. Insättning i () ger ekvationen z = + x y. Med x =., y =.3 i tangentplanets ekvation får vi z =., som då ger ett approximativt värde för f(.,.3). Svar: z = + x y och f(.,.3). (c) Bestäm längden av kurvan med parametriseringen r(t) = ti + lntj + t k, t e. (3p) Lösning: Längden ges av e e 3 r (t) dt = + (/t) + (t) dt = 4 + t + 4t dt = e 4t = 4 + 4t + e (t t dt = + ) e t + t dt = dt = t e ( = t + ) dt = (t + lnt) e = (e + ) ( + ) = e. t Svar: Kurvan har längden e (l.e.) Till följande uppgift skall fullständig lösning redovisas på separat skrivpapper. Motivera och förklara så väl du kan.. Bestäm alla kritiska punkter hos funktionen f(x, y) = x 3 y y 4 + 3x y, och avgör om funktionen har ett lokalt max, lokalt min eller ingetdera, i de kritiska punkterna. (6p)

Lösning: I de kritiska punkterna är f = 3x + 6xy =, () f = 4y 8y 3 + 3x =. (3) Från () har vi 3x(x + y) = så antingen x = eller x = y. Tag först x =. Insättning i (3) ger 4y 8y 3 = 4y( + y ) = y =, ty + y är alltid positiv. Då har vi en kritisk punkt (, ). Tag nu i stället x = y. Insättning i (3) ger 4y 8y 3 + y = 4y(y 3y + ) =. Om y = så får vi (, ) igen. Annars är y 3y + = (y )(y ) = y = / eller y =, som i sin tur ger x = eller x =. Så vi får ytterligare två kritiska punkter, (, /) och (, ). För att klassificera de kritiska punkterna tillämpar vi andra derivatans test. Först har vi f = 6(x + y), f = 4 4y, f = 6x. I punkten (, /) har vi f f f = ( 3)( ) ( 6) = 6 <, som medför att det är en sadelpunkt. I punkten (, ) har vi f f f = ( 6)( 8) ( ) = 4 >, så en lokal extrempunkt. Eftersom f = 6 < är det en lokal maximum. I punkten (, ) är f f f =, så testet ger inget definitivt svar. Däremot kan vi direkt konstatera att för godtyckligt små ǫ > gäller f(ǫ, ) = ǫ 3 > medan att f(, ǫ) = ǫ ǫ 4 <, så f antar både positiva och negativa värden i närheten av (, ) och därmed är (, ) en sadelpunkt.

Anonym kod sid.nummer Poäng TMA43 Flervariabelanalys E 4-8-3 Godkäntdelen: del 3. Till nedanstående uppgifter skall korta lösningar redovisas, samt svar anges, på anvisad plats (endast lösningar och svar på detta blad, och på anvisad plats, beaktas). (a) Bestäm T (4e x 5 siny)da, där T är det område i R som begränsas av (3p) linjerna y = x, y = och x = 4. Lösning: Den itererade integralen blir 4 ( x ) 4 (4e x 5 sin y)dy dx = Svar: T = [ ] x 4ye x + 5 cos y dx = 4 (4xe x + 5 cos x 5)dx = [ ] 4 e x + 5 sin x 5x = (e6 + 5 sin4 ) ( + + ) = e 6 + 5 sin4. (4e x 5 siny)da = e 6 + 5 sin4 (b) Betrakta vektorfältet F = (xy 3)i + (x + cos y)j. Visa att F är konservativt, bestäm en potential för F och beräkna det arbete som kraftfältet F uträttar på en partikel som förflyttar sig rätlinjigt från (, ) till (, ). Lösning: F / y = x = F / x, så F är konservativt. En potential φ ska uppfylla (3p) φ φ = xy 3, x y = x + cos y, och man kontrollerar ganska lätt att lösningen är φ(x, y) = x y + siny 3x + C. Arbetet ges sedan av φ(, ) φ(, ) = 4 + sin. Svar: Potentialerna har formen φ(x, y) = x y+sin y 3x+C, och arbetet är +sin. Till följande uppgifter skall fullständiga lösningar redovisas på separata skrivpapper. Motivera och förklara så väl du kan. 4. Låt K beteckna området i R 3 som inneslutas av paraboloiden z = + x + y och planet z = 5, och låt K beteckna dess yta, inklusive toppen. (a) Beräkna volymen av K. (b) Beräkna arean av K. (c) Med hjälp av Gauss divergens sats, bestäm flödet ut ur K av vektorfältet ( ) F = 3 x3 + cos(yz) i + (xy + z )j + (y z + e xy )k. (p) (p) (4p) (Tips för (c): Använd symmetri för att få bort en term ur integralen). Lösning (a): Då z = 5 så är x + y = 4. Således ges volymen av dv = x +y 4 Vi byter till polära koordinater och får 5 dx dy dz = (4 x y )dx dy. +x +y x +y 4 π (4 r )(r dr dθ) = 8π.

(b): Ytan består av en del av paraboloiden plus toppen. Den senare är en skiva av radie (parallell med skivan x + y 4 i xy-planet) och därmed har arean π( ) = 4π. Den första är en del av en funktionsyta z = f(x, y) så vi kan använda formeln Area = fx + fy + dx dy. I det här fallet är f(x, y) = + x + y och vi integrerar över projektionen på xy-planet, som är just skivan x + y 4. Därmed har vi integralen (x) + (y) + dx dy = 4(x + y ) + dx dy. x +y 4 Vi byter till polära koordinater och får x +y 4 π dθ r 4r + dr. r-integralen ( beräknas genom att substituera u = 4r + och integralen blir till slut π 6 7 3/ ). Tillsammans med toppen är alltså den totala arean π ( 6 7 3/ + 3 ). (c): F = F x + F y + F 3 z = x + x + y. Flödet enligt Gauss sats är lika med (x + x + y )dv, där vi integrerar över samma område som i del (a). Notera att integralen av x blir noll av symmetriskäl. Då kommer vi att få (x + y )(4 x y )dx dy x +y 4 som efter byte till polära koordinater blir π dθ r (4 r )r dr = = 3π 3. 5. Låt R vara det område i första kvadranten av R som begränsas av koordinataxlarna samt cirklarna med radier och 3 kring origo. Med hjälp av Greens sats, bestäm (e x + 6xy)dx + (8x + siny )dy, R där kurvintegralen tas moturs längs randen till R. (4p) Lösning: Kom ihåg att Greens sats säger att ( F F dx + F dy = x F ) da, y R R där kurvintegralen tas moturs längs randen. Här är F = e x + 6xy och F = 8x + siny, så Greens sats säger att kurvintegralen är lika med (6x 6x)dA = x da. R Området R är en fjärdedel av en annulus så det är naturligt att byta till polära koodinater. Ty x = r cos θ i polära koordinater får vi π/ 3 (r cos θ)(r dr dθ) = (sin θ) π/ (r 3 /3) 3 = = 6 3. R