Lösningar till tentamen i Matematik 2, 5B1116, för E och ME samt 5B1136 för I den 1 mars 2004.

Relevanta dokument
Provtentamen i Matematik 2, 5B1116, för B,E,I,IT,M,Media och T, ht 2001

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

1. Vi skriver upp ekvationssystemet i matrisform och gausseliminerar tills vi når trappstegsform,

SF1626 Flervariabelanalys Lösningsförslag till tentamen DEL A

= ( 1) xy 1. x 2y. y e

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

7 Extremvärden med bivillkor, obegränsade områden

Tentamen i TATA43 Flervariabelanalys

Lösningsförslag till skrivningen i Vektorgeometri (MAA702) måndagen den 30 maj 2005

2x ex dx. 0 = ln3 e

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

Institutionen för Matematik, KTH Torbjörn Kolsrud

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

Institutionen för Matematik, KTH Torbjörn Kolsrud

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

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

Flervariabelanalys E2, Vecka 3 Ht08

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

SF1624 Algebra och geometri Lösningsförslag till tentamen DEL A

Kontrollskrivning 1A

SF1626 Flervariabelanalys Tentamen Tisdagen den 12 januari 2016

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

Lösningsforslag till tentamen i SF1624 den 22/ e x e y e z = 5e x 10e z = 5(1, 0, 2). 1 1 a a + 2 2a 4

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

Tentan , lösningar

Kap Globala extremvärden, extremproblem med bivillkor.

5 Lokala och globala extremvärden

Modul 1: Komplexa tal och Polynomekvationer

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.

ax + y + 4z = a x + y + (a 1)z = 1. 2x + 2y + az = 2 Ange dessutom samtliga lösningar då det finns oändligt många.

2x + 3y + z = 2 x + 2y + z = a x 2y 3z = 1

Sätt t = (x 1) 2 + y 2 + 2(x 1). Då är f(x, y) = log(t + 1) = t 1 2 t t3 + O(t 4 ) 1 2 (x 1) 2 + y 2 + 2(x 1) ) 2 (x 1) 2 + y 2 + 2(x 1) ) 3

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

Figur 1: Postföretagets rektangulära låda, definitioner.

1 x. SF1626 Flervariabelanalys Lösningsförslag till tentamen DEL A

6. Räkna ut integralen. z dx dy dz,

Lösningsförslag till skrivningen i Vektorgeometri (MAA702) Måndagen den 13 juni 2005

. b. x + 2 y 3 z = 1 3 x y + 2 z = a x 5 y + 8 z = 1 lösning?

1. Beräkna volymen av det område som begränsas av paraboloiden z = 4 x 2 y 2 och xy-planet. Lösning: Volymen erhålles som V = dxdydz.

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. 1. En svängningsrörelse beskrivs av

SF1626 Flervariabelanalys Tentamen Måndagen den 21 mars 2016

LÖSNINGAR TILL LINJÄR ALGEBRA kl LUNDS TEKNISKA HÖGSKOLA MATEMATIK

SF1624 Algebra och geometri Lösningsförslag till tentamen Lördagen den 5 juni, 2010 DEL A

Lösningsförslag till tentamen Onsdagen den 15 mars 2017 DEL A

3 1 = t 2 2 = ( 1) ( 2) 1 2 = A(t) = t 1 10 t

= e 2x. Integrering ger ye 2x = e 2x /2 + C, vilket kan skrivas y = 1/2 + Ce 2x. Här är C en godtycklig konstant.

Lösning till kontrollskrivning 1A

Skrivtid: Lösningar ska åtföljas av förklarande text. Hjälpmedel: formelsamling och manuella skrivdon. 1. Lös ekvationen z 4 = 16i.

TMV036 Analys och linjär algebra K Kf Bt, del C

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

SF1626 Flervariabelanalys Lösningsförslag till tentamen DEL A

ANDRAGRADSKURVOR Vi betraktar ekvationen

= y(0) för vilka lim y(t) är ändligt.

SKRIVNING I VEKTORGEOMETRI

SKRIVNING I VEKTORGEOMETRI

SF1624 Algebra och geometri Lösningsförslag till tentamen DEL A

Gripenberg. Mat Grundkurs i matematik 1 Tentamen och mellanförhörsomtagning,

För studenter i Flervariabelanalys Flervariabelanalys MA012B ATM-Matematik Mikael Forsberg

x(t) I elimeringsmetoden deriverar vi den första ekvationen och sätter in x 2(t) från den andra ekvationen:

Preliminärt lösningsförslag till del I, v1.0

Lösningsförslag till tentamen Tisdagen den 10 januari 2017 DEL A

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

SF1633, Differentialekvationer I Tentamen, torsdagen den 7 januari Lösningsförslag. Del I

SF1624 Algebra och geometri Lösningsförslag till tentamen DEL A

SF1626 Flervariabelanalys Tentamen Torsdagen den 20 augusti 2015

SF1626 Flervariabelanalys Lösningsförslag till tentamen DEL A

SF1626 Flervariabelanalys Tentamen Tisdagen den 10 januari 2017

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

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).

SF1624 Algebra och geometri Lösningsförslag till modelltentamen DEL A

SF1624 Algebra och geometri Lösningsförslag till tentamen DEL A

SF1626 Flervariabelanalys Lösningsförslag till tentamen DEL A

Chalmers tekniska högskola Datum: kl Telefonvakt: Linnea Hietala MVE480 Linjär algebra S

Tentamen: Lösningsförslag

SKRIVNING I VEKTORGEOMETRI

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.

4x az = 0 2ax + y = 0 ax + y + z = 0

1 x 1 x 2 1 x x 2 x 2 2 x 3 2 A = 1 x 3 x 2 3 x x 4 x 2 4 x 3 4

SF1626 Flervariabelanalys Tentamen Onsdagen den 15 mars 2017

LÖSNINGAR LINJÄR ALGEBRA LUNDS TEKNISKA HÖGSKOLA MATEMATIK

1. Bestäm volymen för den parallellepiped som ges av de tre vektorerna x 1 = (2, 3, 5), x 2 = (3, 1, 1) och x 3 = (1, 3, 0).

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

SF1626 Flervariabelanalys Lösningsförslag till tentamen DEL A

DEL I. Matematiska Institutionen KTH. Lösning till tentamensskrivning på kursen Linjär algebra II, SF1604, den 17 april 2010 kl

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

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

Provräkning 3, Linjär Algebra, vt 2016.

Institutionen för matematik KTH. Tentamensskrivning, , kl B1210 och 5B1230 Matematik IV, för B, M, och I.

Där a = (1, 2,0), b = (1, 1,2) och c = (0,3, 1) Problem 10. Vilket är det enda värdet hos x för vilket det finns a och b så att

1. (a) (1p) Undersök om de tre vektorerna nedan är linjärt oberoende i vektorrummet

SF1626 Flervariabelanalys Tentamen Måndagen den 16 mars 2015

ALA-c Innehåll. 1 Linearization and Stability Uppgift Uppgift Egenvärdesproblemet Uppgift

SF1626 Flervariabelanalys Lösningsförslag till tentamen DEL A

SF1626 Flervariabelanalys Tentamen Tisdagen den 7 juni 2016

SF1626 Flervariabelanalys Lösningsförslag till tentamen DEL A

1. (a) Bestäm alla värden på c som gör att matrisen A(c) saknar invers: c 1

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

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

Lösning till tentamen i SF1633 Differentialekvationer I för BD, M och P, , kl

Transkript:

Institutionen för matematik. KTH Lösningar till tentamen i Matematik 2, 5B1116, för E och ME samt 5B1136 för I den 1 mars 24. 1. Gausselimination ger: 2 3 5 2 1 5 6 b 1 2 3 3 1 2 3 1 1 1 1 3 b/3 1 8 1 2 3 1 5 6 2 3 5 1 2 3 1 1 3 b 2 3 b/3 1 b/3 9 1 2 3 3 3 1 1 3 b + 3 8 Lösningar existerar endast då b/3 9, dvs då b 27. Lösningarna fås ur (sätt t, b 27): y t + 9 1 t + 8, x 2y + 3t + 3 t 13. Svar: b 27, x t 13, y t + 8, t. 2. Punkten (3, 1, 2) och linjen (x, y, ) (1, 1, 1)+t(2, 1, 3) skall ligga i det sökta planet. Därmed ligger också skillnadsvektorn s (3, 1, 2) (1, 1, 1) (2,, 1) och linjens riktningsvektor v (2, 1, 3) i planet. Planets normal fås alltså som kryssprodukten s v ē 1 ē 2 ē 3 2 1 ( 1, 2 6, 2 ) ( 1, 4, 2) n. 2 1 3 Planets ekvation blir därför n (x, y, ) n (1, 1, 1) x 4y + 2 ( 1, 4, 2) (1, 1, 1) 3. Svar: x + 4y 2 3. V.g. vänd!

3. Om u(x, y) F (r) blir u x F (r) r x. På samma sätt blir u y F (r) r y. Men r x x x2 + y 2 På samma sätt r y y r. Man får alltså x u x rf (r). 2x 2 x 2 + y 2 x r. u +y y xf (r) x r +yf (r) y r F (r) x2 + y 2 r F (r) r2 r 4. f(x, y) x 4 + xy + 2y 2. (1) f x 4x 3 + y (2) f y x + 4y ger de stationära punkterna: y x/4 ur (2) ger i (1) : 4x 3 x/4 dvs. (3) x(16x 2 1) Ur (3) får man x som ger y eller x 1/4 som ger y 1/16 eller x 1/4 som ger y 1/16. De stationära punkterna är alltså (,), (1/4,-1/16) och (-1/4,1/16). Fortsatt derivering ger f xx 12x 2, f xy 1 och f yy 4. Ur detta får man punkternas karaktär genom att studera andraderivatornas värden i punkterna: (, ) (1/4, 1/16) ( 1/4, 1/16) A f xx 3/4 3/4 B f xy 1 1 1 C f yy 4 4 4 AC B 2 1 < 2 > 2 > sadelpunkt A >, lok.min A >, lok.min Svar: Punkterna (1/4,-1/16) och (-1/4,1/16) är båda lokala minimipunkter. Anm: De stationära punkterna karaktär kan också bestämmas ( ) genom att A B man i varje punkt beräknar egenvärdena till hessianen. B C

5. f(x, y, ) xe 2y. f:s riktningsderivata i punkten P : (1,, ) skall bestämmas i den riktning som svarar mot riktningsvektorn för linjen (x, y, ) (1 4t, 8t, t) (1,, ) + t( 4, 8, 1). Den avsedda riktningen är alltså v ( 4, 8, 1). Den sökta riktningsderivatan är f v(p ) gradf(p ) ˆv, där ˆv v/ v. gradf (f x, f y, f ) (e 2y, 2xe 2y, xe 2y ) e 2y (1, 2x, x). gradf(p ) gradf(1,, ) (1, 2, 1). ˆv ( 4, 8, 1)/ ( 4, 8, 1) ( 4, 8, 1)/ 16 + 64 + 1 1 ( 4, 8, 1). 9 Alltså, f v(p ) (1, 2, 1) 1 9 ( 4, 8, 1) 1 9 ( 4 16 1) 1 9 ( 21). Svar: f v(1,, ) 7 3. 6a. Koordinattransformationen { ( ) x r cos ϕ xr x har Jacobimatrisen J(r, ϕ) ϕ y r sin ϕ y r y ϕ sin ϕ Man får detj(r, ϕ) cos ϕ r sin ϕ sin ϕ r cos ϕ r cos 2 ϕ + r sin 2 ϕ r. detj(r, ϕ) är alltså då r och därmed är transformationen inverterbar i en omgivning av alla punkter där r. Speciellt är detta sant för punkten r 2, ϕ π/3. ( cos ϕ r sin ϕ r cos ϕ ). 6b. De partiella derivatorna r x och r y kan bestämmas genom direkt derivering eftersom man vet att r x 2 + y 2. r x x2 + y x 2 P.s.s fås r y x2 + y y 2 y r ϕ π/3 får man alltså r x 1/2, r y 3/2. 2x 2 x 2 + y x 2 r r cos ϕ r cos ϕ. sin ϕ. I punkter med koordinaten V.g. vänd!

7. Matrisen A skall transformera (2, 3, ) till (3, 4, 7). På komponentform: a 11 a 12 a 13 2 3 2a 11 3a 12 3 a 21 a 22 a 23 3 4 dvs. 2a 21 3a 22 4. a 31 a 32 a 33 7 2a 31 3a 32 7 Problemet är underbestämt och det finns oändligt många tänkbara lösningar. Bl.a. ser man att a 13, a 23 och a 33 kan väljas helt godtyckligt. En lösning med heltalskomponenter är exempelvis a 11, a 12 1, a 21 2, a 22, a 31 2, a 32 1, a 13 a 23 a 33. Svar: (exempelvis ) 1 2 2 1 8. Ekvationen x 2 + 4y 2 + 4 2 2xy + 2x + 4y 3 skall skrivas på huvudaxelform dvs. diagonaliseras. Huvudaxlarnas riktningar skall anges. Detta innebär att egenvärden och motsvarande egenvektorer skall bestämmas till den matris som svarar mot vänsterledets kvadratiska form. Ekvationen kan skrivas x T Q x 3 där x (x, y, ) T och 1 1 1 Q 1 4 2. 1 2 4 Q:s egenvärden: 1 λ 1 1 1 4 λ 2 1 2 4 λ (1 λ)((4 λ) 2 4) ( 1)( (4 λ) 2)+( 2 (4 λ)) (1 λ)/λ 2 8λ+12)+λ 6 6+λ λ 2 8λ+12 λ 3 +8λ 2 12λ+2λ 12 λ 3 + 9λ 2 18λ ( λ)(λ 3)(λ 6). Egenvärdena är alltså λ 1, λ 2 3 och λ 3 6. Den diagonaliserade ekvationen med de nya variablerna u, v och w blir alltså

3v 2 + 6w 2 3 eller: v 2 + 2w 2 1 Notera att u saknas eftersom egenvärdet λ 1. Detta medför att ytans skärningskurva med varje plan av typen u C är en ellips med halvaxeln 1 i v-led och 1 2 i w-led. Ytan är alltså en elliptisk cylinder. Huvudaxelriktningar: Dessa riktningar erhålles som egenvektorer till de tre egenvärdena, dvs som lösningar till följande tre homogena system, svarande mot egenvärdena λ, 3 resp. 6. (Endast två av tre ekvationer anges) ( 1 1 1 1 4 2 ) y ( ) ( ) 2 1 1 y 1 1 2 ( ) ( ) 5 1 1 y 1 2 2 Gausselimination på dessa system ger efter ett par operationer: ( ) ( ) ( ) 1 1 1 ( ) ( ) y 1 1 2 ( ) y 1 2 2 y 3 3 3 3 9 9 varur man får de tre egenvektorerna huvudaxelriktningarna i xy-rummet: v 1 t( 2, 1, 1), v 2 t(1, 1, 1), v 3 t(, 1, 1). ( ) V.g. vänd!

9. Anpassning av de tre punkterna (1, 1), (2, ) och (4, 1) till en kurva av typ ax + b ln x y ger följande överbestämda system: a 1 1 ( ) 1 2a + (ln 2)b eller 2 ln 2 a b 4a + (2 ln 2)b 1 4 2 ln 2 1 Normalekvationerna blir då: ( ) 1 2 4 1 2 ln 2 ln 2 2 ln 2 4 2 ln 2 ( ) a b ( ) 1 2 4 1 ln 2 2 ln 2 1 ( ) ( ) 21 1 ln 2 a 1 ln 2 5 ln 2 2 b ( ) 3 2 ln 2 Detta system kan lösas exempelvis med Cramers regel och man får: 3 1 ln 2 2 ln 2 5 ln 2 2 a 5 ln2 2 21 1 ln 2 5 ln 2 2 1 1 ln 2 5 ln 2 2 b 21 3 1 ln 2 2 ln 2 21 1 ln 2 1 ln 2 5 ln 2 2 Svar: Den sökta kurvan är y x + 12 5 ln 2 ln x 12 ln 2 5 ln 2 2 12 5 ln 2.

1. Antag att tältgavelns bas är 2x l.e och dess höjd h l.e. Antag dessutom att tältets längd är l.e.. Tältgavelns sidor blir då x 2 + h 2 l.e. Totala tältarean blir då (tältbotten saknades) A 2xh + 2 x 2 + h 2. Denna area skall minimeras under bivillkoret att tältvolymen xh V. Ställ upp Lagrangefunktionen: Villkoret grad Φ ger: Φ 2xh + 2 x 2 + h 2 + λ(xh V ) 2x (1) Φ x + 2h + λh x2 + h2 2h (2) Φ h + 2x + λx x2 + h2 (3) Φ 2 x 2 + h 2 + λxh Bivillkor: (4) xh V Vid lösningen av ekvationssystemet antas att x, h, >. Eliminera λ mellan (1) och (2) genom 2x 2 x (1) h (2) : x2 + h 2h2 2 x2 + h, 2 x2 h 2, x h. Insättning av h x i (3) ger: 2 2x + λx 2, dvs. λ 2 2 x. Insättning av detta uttryck för λ samt h x i (1) ger: 2x +2x 2 2x, ( 2 2 2)+2x, 2x 2, x 2. 2x x Förhållandet mellan x, h och är alltså 1 : 1 : 2. Sätt x h, h 2 i bivillkoret xh V : h 3 2 V ger tältets höjd h V 1/3 2 1/6. V.g. vänd!

Anm. 1: Den erhållna stationärpunkten svarar mot ett globalt minimum för problemet på området x, h, > Detta brukar i liknande fall ofta motiveras med problemets karaktär. Dock är det beskrivna området inte slutet begränsat och ett strikt bevis borde innehålla en motivering för att ett globalt minimum verkligen antas i den funna stationära punkten. En sådan motivering skisseras här: Uttryck först tältarean A som funktion av x och h genom att sätta V/xh: A 2xh + 2V x 2 + h 2 xh 2xh + 2V xh x 2 + h 2 xh Här kan man visa att x 2 + h 2 2 xh varför man får att (låt M vara ett stort tal): A M då xh 8V 2 M 2. Närmare undersökning av funktionen A(x, h) visar också att A M då x 2 + h 2 M 2 Därför kan man dra slutsatsen att den erhållna stationära punkten utgör en global minimipunkt på det slutna, begränsade området definierat av xh 8V 2 M och x 2 + h 2 M 2 eftersom A:s värden på områdets rand är M. 2 16V A:s värden utanför detta område i första kvadranten av xh-planet är också M, varför slutsatsen gäller hela första kvadranten (x >, h > ). 16V Anm. 2: Med de erhållna värdena på x, h och får man ett tält där gavlarna utgör halva kvadrater medan de två taksidorna utgör kvadrater. Tältet utgör därmed en halv kub.