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

Relevanta dokument
Institutionen för Matematik, KTH Torbjörn Kolsrud

SF1626 Flervariabelanalys Lösningsförslag till tentamen DEL A

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

SF1626 Flervariabelanalys Lösningsförslag till tentamen DEL A

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

Lösning till kontrollskrivning 1A

SF1626 Flervariabelanalys Lösningsförslag till tentamen DEL A

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

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

SF1626 Flervariabelanalys Tentamen Måndagen den 16 mars 2015

SF1626 Flervariabelanalys Lösningsförslag till tentamen DEL A

SF1626 Flervariabelanalys Tentamen Torsdagen den 18 augusti 2016

SF1626 Flervariabelanalys Tentamen 18 augusti 2011, Svar och lösningsförslag

Institutionen för Matematik, KTH Torbjörn Kolsrud

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

Tentan , lösningar

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.

TMV036 Analys och Linjär Algebra K Kf Bt, del C

Lösningsförslag till tentamen TMA043 Flervariabelanalys E2

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

Tentamen: Lösningsförslag

Kontrollskrivning 1A

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

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

INGA HJÄLPMEDEL. Lösningarna ska vara försedda med ordentliga motiveringar. xy dxdy,

SF1626 Flervariabelanalys Lösningsförslag till tentamen DEL A

= 0 genom att införa de nya

SF1626 Flervariabelanalys Lösningsförslag till tentamen DEL A

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

SF1626 Flervariabelanalys Tentamen Torsdagen den 20 augusti 2015

SF1626 Flervariabelanalys Lösningsförslag till tentamen DEL A

Inlämningsuppgift nr 2, lösningar

Lösningsförslag till tentamen Onsdagen den 15 mars 2017 DEL A

Tentamen TMA044 Flervariabelanalys E2

SF1626 Flervariabelanalys Tentamen Tisdagen den 12 januari 2016

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

SF1626 Flervariabelanalys Lösningsförslag till tentamen DEL A

Lösningsförslag till tentamen Tisdagen den 10 januari 2017 DEL A

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

Tentamen i Analys B för KB/TB (TATA09/TEN1) kl 8 13

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

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

Övningar till Matematisk analys III Erik Svensson

SF1626 Flervariabelanalys Tentamen Onsdagen den 15 mars 2017

För studenter i Flervariabelanalys Flervariabelanalys MA012B ATM-Matematik Mikael Forsberg

Lösningsförslag till tentamen Torsdag augusti 16, 2018 DEL A

Övningstenta: Lösningsförslag

SF1669 Matematisk och numerisk analys II Lösningsförslag till tentamen DEL A

Tentamen i Flervariabelanalys, MVE , π, kl

SF1626 Flervariabelanalys Lösningsförslag till tentamen DEL A

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

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

SF1626 Flervariabelanalys Bedömningskriterier till tentamen Måndagen den 16 mars 2015

1 x. SF1626 Flervariabelanalys Lösningsförslag till tentamen DEL A

SF1626 Flervariabelanalys Lösningsförslag till tentamen DEL A

SF1626 Flervariabelanalys Tentamen Tisdagen den 10 januari 2017

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 TATA43 Flervariabelanalys

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

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

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.

6. Räkna ut integralen. z dx dy dz,

SF1626 Flervariabelanalys Tentamen Måndagen den 21 mars 2016

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

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

SF1626 Flervariabelanalys Tentamen Måndagen den 16 mars 2015

SF1626 Flervariabelanalys Tentamen Tisdagen den 7 juni 2016

SF1626 Flervariabelanalys Lösningsförslag till tentamen DEL A

Tentamen MVE085 Flervariabelanalys

Tentamen i Analys B för KB/TB (TATA09/TEN1) kl 08 13

SF1626 Flervariabelanalys Tentamen 14 mars 2011,

Lösningar till Matematisk analys

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

SF1626 Flervariabelanalys Lösningsförslag till tentamen DEL A

Optimering med bivillkor

Dubbelintegraler och volymberäkning

SF1626 Flervariabelanalys

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 F/TM, MVE , kl

SF1669 Matematisk och numerisk analys II Lösningsförslag till tentamen DEL A

SF1626 Flervariabelanalys Tentamen Måndagen den 27 maj, 2013

Tentamen, Matematik påbyggnadskurs, 5B1304 fredag 20/ kl

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

Tentamen MVE035 Flervariabelanalys F/TM

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)

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

TATA44 Lösningar 24/8/ ) Låt S vara den del av x 2 + y 2 + z 2 = 2 innanför cylindern x 2 + y 2 = 1. Inför cylinderkoordinater.

Lösningar till Matematisk analys 4,

SF1625 Envariabelanalys Lösningsförslag till tentamen DEL A

Tentamen TMA044 Flervariabelanalys E2

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

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

Lösningar till tentamen i Matematik II, 5B1116, 5B1136 för Bio. E,I,K,ME, Media och OPEN, tisdagen den 13 april 2004.

SF1669 Matematisk och numerisk analys II Lösningsförslag till tentamen DEL A

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

Optimering, exempel. Funktionens enda stationära punkt är alltså origo. Den ligger också i det inre av mängden.

TATA44 Lösningar 26/10/2012.

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

Tentamen: Lösningsförslag

SF1626 Flervariabelanalys Lösningsförslag till tentamen DEL A

Transkript:

LUNS TEKNISKA HÖGSKOLA MATEMATIK LÖSNINGAR FLERIMENSIONELL ANALYS, FMA40 04-0- kl 8. Vi börjar med att rita triangelskivan. Linjen genom, och, har ekvationen y x+, linjen genom, och, har ekvationen y 4 x och linjen genom, och, har ekvationen y. y x + y 0 0 y y 4 x Området ges alltså av {x, y; y, y x 4 y}. ubbelintegralen blir alltså vi integrerar i x-led först 4 y [ y x4 y xy + y dx dy xy + y dx dy x + yx] dy y x xy y y 4 y + y4 y y + yy dy y 6 + y 8y + 4y y 8y + y 4y + 4y y 8y + y 4y + 4y y y y y + 4 4y + y y dy y + y y + y y dy y + y y + y dy 4y + y dy [ 4 ] y y + 6y 6 + 54 4 + 6 40.. a Bemärk att variabelbytet är bijektivt och att {x, y; y > 0} svarar mot {u, v; v > 0}. Kedjeregeln ger f x f x f u u x + f v v x f u + f v e x y f u + e x y f v, y

och Insättning ger då f y f y f u u y + f v v y f u 0 + f v e x e x f v. f x y f y f u + e x y f v y e x f v f u. ifferentialekvationen transformeras alltså till f u x u. etta ger fu, v u + ϕv, där ϕ: ]0, [ R är en godtycklig deriverbar funktion i en variabel. Övergång til x, y ger då fx, y x + ϕe x y. b Från a fås Alltså gäller för alla x: fx, x + ϕe x x + ϕe x. fx, 0 x + ϕe x 0 ϕe x x. Med t e x fås x lnt vilket ger ϕt lnt, t 0. Funktionen fx, y x + ϕe x y x lne x y x x + lny lny x + lny är alltså den sökta lösningen.. a Vi börjar med att rita kurvan γ. y 5 4 γ 0 0 x

Kurvan γ har parametriseringen { x t, y 5 t, t :, så kurvintegralen blir xy dx + x dy γ t 5 t + t t dt 5t t 6t dt [ 5 t ] t 4 t4 t 0 4 6 0 4 6. b Metod : Vi testar om det finns en potentialfunktion. Om Ux, y är en potentialfunktion gäller U x x y + x e xy U, och y x e xy. en andra ekvationen ger Ux, y x e xy dy x e xy + ϕx, där ϕ: R R är en godtycklig deriverbar funktion i en variabel. en första ekvationen ger nu x y + x e xy U x x exy + x e xy y + ϕ x, dvs. ϕ x 0. Alltså är ϕ konstant och Ux, y x e xy är en potentialfunktion. Kurvintegralen är därför x y + x e xy dx + x e xy dy U, U, γ Metod : Med P x y + x e xy och Q x e xy gäller e e 4 e e. t och Q x x e xy + x e xy y x + x y e xy, P y x e xy + x y + x e xy x x + x y + x e xy x + x y e xy,

så Q P. å P och Q är definierade på x y R som är enkelt sammanhängande finns alltså en potentialfunktion och vektorfältet P, Q är vägoberoende. Om γ är linjestycket från, till, gäller alltså P dx + Q dy P dx + Q dy. γ γ Kurvan γ har parametriseringen { x t, Kurvintegralen blir därför P dx + Q dy γ y, t :. t + t e t + t e t 0 dt t + t e t dt. Partialintegration ger t + t e t dt t + t e t t + e t dt t + t e t t + e t Alltså gäller t + t e t t + e t + e t + C t e t + C. e t dt t + t e t dt [ t e t] t t 4e 4e 4 e e. 4. a Funktionen f är kontinuerlig och området {x, y; x + y } är kompakt, så största och minsta värden existerar. Funktionen f är differentierbar på R och grad fx, y x, y. å x, y 0, 0 x, y 0, 0 är 0, 0 det enda stationära punkt för f. å 0, 0 / ty 0 + 0 4 antas största och minsta värden på randen av. Vi kan bestämma dessa på olika sätt. Metod : Randen av är en cirkel med medelpunkt, 0 och radie. Vi har parametriseringen { x + cosϕ, y sinϕ, 4

vilket ger ifferentiation ger Alltså gäller gϕ f + cosϕ, sinϕ + cosϕ sin ϕ. g ϕ + cosϕ sinϕ sinϕ cosϕ sinϕ + cosϕ + cosϕ sinϕ + cosϕ 4 sinϕ + cosϕ. g ϕ 0 sinϕ 0 eller cosϕ sinϕ 0 då cosϕ implicerar sinϕ 0. etta svarer mot punkterna x, y, 0 och x, y, 0. å f, 0 och f, 0 9 är största värden 9 och minsta värden är. Metod : Man kan också bestämma maximum och minimum på randen av genom att uppfatta randen som ett bivillkor. Med gx, y x +y beskrivs randen av gx, y. å g är differentierbar på R antas maximum och minimum för f i punkter x, y på randen så att grad fx, y och grad gx, y är parallella. å grad gx, y x, y blir grad fx, y och grad gx, y parallella precis när determinanten x x y y 4xy + 4x y 4yx + x 4yx 8yx blir 0. Vi har alltså y 0 eller x. å x, y ligger på randen av gäller också x + y. Fallet y 0 ger då x, dvs. x ± varav x eller x. Fallet x ger y 0, dvs. y 0. Vi får alltså punkterna x, y, 0 och x, y, 0. å f, 0 och f, 0 9 är största värden 9 och minsta värden är. Metod : På randen av gäller x + y, varav Insättning ger y x x + 4 4x x + 4x. gx fx, y x y x x + 4x x 4x +. Randen av är en cirkel med medelpunkt, 0 och radie, så x. å g x 0 4x 4 0 x inte är ett inre punkt i intervallet [, ], antar g maximum och minimum i ändpunkterna. å g och g 9 är största värden 9 och minsta värden är. 5

b Låt {x, y; x 4 +y 4 }. å är kompakt existerar största och minsta värden. en stationära punkten 0, 0 tillhör och f0, 0 0. Randen av behandlas enklast som ett bivillkor. Med gx, y x 4 + y 4 ges randen av gx, y. å g är differentierbar på R antas maximum och minimum för f i punkter x, y på randen så att grad fx, y och grad gx, y är parallella. å grad gx, y 4x, 4y blir grad fx, y och grad gx, y parallella precis när determinanten x 4x y 4y 8xy + 8x y 8xy x + y blir 0. Vi har 8xy x + y 0 x 0 eller y 0 eller x + y 0 x 0 eller y 0 eller x, y 0, 0 x 0 eller y 0. På randen gäller x 4 + y 4, så fallet x 0 ger y ± och fallet y 0 ger x ±. Vi får alltså de fyra punkterna x, y 0, ± och x, y ±, 0. Funktionsvärden blir f0, ± och f±, 0, så maximum för f är och minimum är. 5. a Med fx, y x + xy gäller f, +, så punkten,, ligger på grafytan. å f xx, y x+y och f yx, y x fås f x, + och f y,. Tangentplanet blir alltså z x + y z x + y. b En sådan punkt P måste ha formen P : a, b, a +ab. Tangentplanet i P har ekvationen jämför deluppgift a z a + ab a + b x a + a y b. å både 0,, 0 och, 0, ligger på tangentplanet fås 0 a + ab a + b 0 a + a b, a + ab a + b a + a 0 b. Subtraheras ekvation från ekvation fås a + b + a b a +. 6

Insättning i ger då a aa + a + a + a + a a + a a a a + a + a a a a a a + a a a a 0 aa 0 a 0 eller a. Punkten P är alltså 0,, 0 eller,,. 6. a Sfärens ekvation är x a + y b + z c r. b Vi väljar ett positivt orienterad ortonormerad koordinatsystem sådan att klotens medelpunkter är 0, 0, 0 och 0, 0, 6. Klotens ekvationer är då K : x + y + z 5 och K : x + y + z 6 5. Låt K vara skärningen av K och K. Figur : Kloten K och K Figur : Kroppen K Metod : Vi beräknar volymen av K genom att indela K i lodräta staplar parallella med z-axeln. Projektionen av K på xy-planet är en cirkelskiva, och kroppen K ges av fx, y z gx, y, x, y, där fx, y anger undra delen av K och gx, y anger övra delen av K. Vi har x + y + z 6 5 z 6 ± 5 x y, så fx, y 6 5 x y. På samma sätt gäller x + y + z 5 z ± 5 x y, 7

så gx, y 5 x y. Cirkelskivan ges av fx, y gx, y 6 5 x y 5 x y 6 5 x y 5 x y 9 5 x y x + y 6, så är cirkelskivan med medelpunkt 0, 0 och radien 4. Volymen blir därför gx, y fx, y dx dy 5 x y 6 5 x y dx dy 5 x y 6 dx dy. Med polära koordinater x r cosϕ, y r sinϕ, svarar mot området E {r, ϕ; 0 r 4, 0 ϕ π}, så 5 x y 6 dx dy E π 0 5 r 6 r dr dϕ 4 dϕ 0 r 5 r 6r dr π [ ] r4 5 r / r r0 π 9/ 48 5/ π 8 48 + 50 04π. Metod : Vi indelar K i vågräta skivor. För x, y, z K gäller 5 z 5 och för x, y, z K gäller z 6 5, dvs. z. För x, y, z K gäller alltså z 5. För varje sådant z blir den motsvarende vågräta skiva en cirkelskiva vars radie ges av x + y + z 6 5 för z och av x + y + z 5 för z 5. Vi har alltså r 5 z 6 för z och r 5 z för z 5. å cirkelskivans area är 8

πr blir volymen alltså π 5 z 6 dz + 5 π 5 z dz π [5z ] z z 6 z + π [5z ] z5 z z π 75 + 9 5 + 5 + π 5 5 75 9 5π + 5π 04π. Anmärkning: Av symmetriskäl är det klart att de två integralerna ovan har samma värde, de anger ju volymen av undre hälften respektiva övre hälften av K. Vi kunde alltså ha sparat hälften av beräkningarna! 9