, x > 0. = sinx. Integrera map x : x 3 y = cosx + C. 1 cosx x 3. = kn där k är. k = 1 22 ln 1 2 = 1 22 ln2, N(t) = N 0 e t. 2 t 32 N 1.

Relevanta dokument
= y(0) för vilka lim y(t) är ändligt.

= 1, fallet x > 0 behandlas pga villkoret. x:x > 1

(4 2) vilket ger t f. dy och X = 1 =

Tentamensskrivning i Differentialekvationer I, SF1633(5B1206).

1 dy. vilken kan skrivas (y + 3)(y 3) dx =1. Partialbråksuppdelning ger y y 3

KTH Matematik Tentamensskrivning i Differentialekvationer I, SF1633.

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.

} + t { z t -1 - z t (16-8)t t = 4. d dt. (5 + t) da dt. {(5 + t)a} = 4(5 + t) + A = 4(5 + t),

KTH Matematik Tentamensskrivning i Differentialekvationer och transformer III, SF1637.

y(0) = e + C e 1 = 1

= = i K = 0, K =

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

IV, SF1636(5B1210,5B1230).

ÚÚ dxdy = ( 4 - x 2 - y 2 È Î

För startpopulationer lika med de stationära lösningarna kommer populationerna att förbli konstant.

A dt = 5 2 da dt + A 100 =

d dx xy ( ) = y 2 x, som uppfyller villkoret y(1) = 1. x, 0 x<1, y(0) = 0. Bestäm även y( 2)., y(0) = 0 har entydig lösning.

SVAR: Det är modell 1 som är rimlig för en avsvalningsprocess. Föremålets temperatur efter lång tid är 20 grader Celsius.

Tentamensskrivning i Differentialekvationer I, SF1633(5B1206). Webbaserad kurs i differentialekvationer I, SF1656.

y + 1 y + x 1 = 2x 1 z 1 dy = ln z 1 = x 2 + c z 1 = e x2 +c z 1 = Ce x2 z = Ce x Bestäm den allmänna lösningen till differentialekvationen

Tentamen SF1633, Differentialekvationer I, den 23 oktober 2017 kl

= a - bp(t), dp dt. = ap - bp 2. = 5000P - P 2. = 5000P dt

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

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

1. (4p) Para ihop följande ekvationer med deras riktingsfält. 1. y = 2 + x y 2. y = 2y + x 2 e 2x 3. y = e x + 2y 4. y = 2 sin(x) y

= x 2 - x, x (0) = x dt. dx dt = 1. x 0 - (x 0-1)e t och för t 0 = ln x 0

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

Lösningsförslag, tentamen, Differentialekvationer och transformer II, del 1, för CTFYS2 och CMEDT3, SF1629, den 19 oktober 2011, kl. 8:00 13:00.

Lösningsförslag till tentamensskrivning i SF1633 Differentialekvationer I. Tisdagen den 7 januari 2014, kl

Lösningsförslag till Tentamen, SF1629, Differentialekvationer och Transformer II (del 1) 24 oktober 2014 kl 8:00-13:00.

Del I. Modul 1. Betrakta differentialekvationen

Lösningsförslag till tentamen i SF1629, Differentialekvationer och Transformer II (del 1)

Lösningsförslag till tentamen i SF1683 och SF1629 (del 1) 18 december xy = y2 +1

Sammanfattning av ordinära differentialekvationer

Rita även upp grafen till Fourierseriens summa på intervallet [ 2π, 3π], samt ange summans värde i punkterna π, 0, π, 2π. (5) S(t) = c n e int,

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

SF1635, Signaler och system I

(2xy + 1) dx + (3x 2 + 2x y ) dy = 0.

(y 2 xy) dx + x 2 dy = 0 y(e) = e. = 2x + y y = 2x + 3y 2e 3t, = (x 2)(y 1) y = xy 4. = x 5 y 3 y = 2x y 3.

Institutionen för matematik KTH. Tentamensskrivning, , kl B1202/2 Diff och Trans 2 del 2, för F och T.

dy dx = ex 2y 2x e y.

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

DIFFERENTIALEKVATIONER. INLEDNING OCH GRUNDBEGREPP

Preliminärt lösningsförslag till del I, v1.0

y = sin 2 (x y + 1) på formen µ(x, y) = (xy) k, där k Z. Bestäm den lösning till ekvationen som uppfyler begynnelsevillkoret y(1) = 1.

u(x) + xv(x) = 0 2u(x) + 3xv(x) = sin(x) xxx egentliga uppgifter xxx 1. Sök alla lösningar till den homogena differentialekvationen

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

DIFFERENTIALEKVATIONER. INLEDNING OCH GRUNDBEGREPP

SF1625 Envariabelanalys Lösningsförslag till tentamen

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

Lösningsförslag, preliminär version 0.1, 23 januari 2018

1 x dx Eftersom integrationskonstanten i (3) är irrelevant, kan vi använda oss av 1/x som integrerande faktor. Låt oss beräkna

Partiella differentialekvationer och randvärdesproblem Separabla PDE Klassiska ekvationer och randvärdesproblem

STABILITET FÖR LINJÄRA HOMOGENA SYSTEM MED KONSTANTA KOEFFICIENTER

DIFFERENTIALEKVATIONER. INLEDNING OCH GRUNDBEGREPP

TATA42: Föreläsning 7 Differentialekvationer av första ordningen och integralekvationer

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

UPPSALA UNIVERSITET Matematiska institutionen Pepe Winkler tel

DIFFERENTIALEKVATIONER. INLEDNING OCH GRUNDBEGREPP

Institutionen för Matematik, KTH Torbjörn Kolsrud

Tentamen i Matematisk analys MVE045, Lösningsförslag

SF1625 Envariabelanalys Tentamen Lördagen den 11 januari, 2014

SF1626 Flervariabelanalys Tentamen Tisdagen den 12 januari 2016

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

Lösningar till tentamen i Transformmetoder okt 2007

Kurs 5B1200, Sammanfattningar av lektioner för M2 läsåret 1998/99. Björn Gustafsson

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

BEGREPPSMÄSSIGA PROBLEM

ÖVN 2 - DIFFERENTIALEKVATIONER OCH TRANSFORMMETODER - SF1683. Inofficiella mål

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

Rita även grafen till Fourierserien på intervallet [ 2π, 4π]. (5) 1 + cos(2t),

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

SF1625 Envariabelanalys Lösningsförslag till tentamen DEL A

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

7 Extremvärden med bivillkor, obegränsade områden

+, C = e4. y = 3 4 e4 e -2 x +

SF1625 Envariabelanalys Lösningsförslag till tentamen DEL A

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

Chalmers tekniska högskola Datum: kl Telefonvakt: Milo Viviani MVE500, TKSAM-2

SF1635, Signaler och system I

SF1625 Envariabelanalys Lösningsförslag till tentamen DEL A

SF1625 Envariabelanalys Lösningsförslag till tentamen DEL A

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.

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.

Partiella differentialekvationer av första ordningen

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

Föreläsningen ger en introduktion till differentialekvationer och behandlar stoff från delkapitel 18.1, 18.3 och 7.9 i Adams. 18.

SF1625 Envariabelanalys Tentamen Onsdagen den 5 juni, 2013

Kontrollskrivning KS1T

1+v(0)kt. + kt = v(0) . Detta ger sträckan. x(t) = x(0) + v(0) = x(0) + 1 k ln( 1 + v(0)kt ).

v0.2, Högskolan i Skövde Tentamen i matematik

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

Tentamen i Matematik 1 DD-DP08

z = z 2. z = z 2 z /z 2 = 1 1 z = x + c z(x) = x + c = ln x + c + c 2 y(x) = ln y = 0 y(x) = c 2

TENTAMEN HF1006 och HF1008 TEN2 10 dec 2012

Prov i Matematik Prog: NV, Lär., fristående Analys MN UPPSALA UNIVERSITET Matematiska institutionen Michael Melgaard, tel

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

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

Lineära system av differentialekvationer

9.1 Mer om differentialekvationer

Transkript:

Lösningsförslag till tentamensskrivning i Diff & Trans I, 5B Lördagen den januari, kl 9-4 Hjälpmedel: BETA, Mathematics Handbook Redovisa lösningarna på ett sådant sätt att beräkningar och resonemang är lätta att följa Svaren skall ges på reell form Fordringar: 3: 5-9p; 4: -4p; 5: 5p-, inklusive bonus Uppgifterna:,4, 8 ger 3 poäng; - 3, 5, 7 ger 4 poäng, 6 ger 5 poäng Bestäm den lösning till differentialekvationen x y + 3xy = sin x x som uppfyller villkoret y( ) =, x > Differentialekvationen omformas till x 3 y + 3x y = sinx Vänstra ledet är en derivata (x 3 y ) = sinx Integrera map x : x 3 y = cosx + C Villkoret ger = cos + C, C = Insättning ger: x 3 cosx y = cosx, y = SVAR: Den lösning som uppfyller differentialekvationen och villkoret är y = cosx x 3 x 3 En tavla som är till salu påstås vara 4 år gammal Pigment i målningen innehåller vitt bly med halveringstiden år Noggranna mätningar ger vid handen att 3/3 av den ursprungliga mängden vitt bly har sönderfallit Antag att sönderfallshastigheten är proportionell mot mängden vitt bly Är en tavelskojare i farten? Avgör tavlans ålder Låt N(t) vara mängden vitt bly i målningen vid en godtycklig tidpunkt t Sönderfallshastigheten är proportionell mot mängden vitt bly, dvs dn dt = kn där k är proportionalitetsfaktorn Den allmänna lösningen är N(t) = Ce kt Sätt för t = N = N Vi erhåller:n(t) = N e kt Halveringstiden är år vilket insatt i lösningen ger N = N ek k = ln = ln, N(t) = N e t ln = N t Vi bestämmer tiden t då N = ( 3 3 )N = t 3 N : 3 N = N, 5 = t, t = år SVAR: Det är en tavelskojare i farten, ty tavlans ålder är år, ej 4 år 3Sök allmänna lösningen till X = AX, där A = Vad är hastighetsvektorn då X = 4 Avgör även en partikels öde om den vid tiden t = 5 befinner sig i punkten (,4) Vi börjar med att bestämma egenvärden och därefter egenvektorer till matrisen A = det(a I) = 4 = ( ) 4 = ( + )( ) = (3 )( ) Egenvärdena blir = 3, = Bestäm motsvarande egenvektorer K, där (A I)K = = 3 4 K =, K = k, k R = 4 K =, K = k, k R 4?

Motsvarande lösningar blir: = 3 : X = e3t = X = e t Den allmänna lösningen erhålles som linjärkombinationer av X och X X = c X + c X = c e 3t + c e t = e3t e t c e 3t e t c Hastighetsvektorn X = AX för X = 4 blir X = 4 4 = 3 Observera att punkten (,4) ligger på den räta linje vars riktningsvektor ges av Då t växer går partiklen mot origo SVAR: Den allmänna lösningen X = c e 3t + c e t = Hastighetsvektorn X = 3 e3t e 3t e t c e t c Partikeln går mot origo då t växer obegränsat 4 Antag att (x +) y + x y y =, x > En lösning till denna ekvation är y(x) = e x Bestäm allmänna lösningen En lösning är given Använd reduktion av ordning Insättning av y = e x z, y = e x z e x z, y = e x z e x z + e x z i differentialekvationen ger: (x +)(e x z e x z + e x z) + x (e x z e x z) e x z =, (x +) z + z ( (x +)+ x) = Reducera ordningen Sätt: u = z, u = z (x +) u + u( x ) = u u = x + x + = + x + Integrera map x: ln u = x + ln x + + ln C, u =±C (x +)e x = C (x +)e x, z = C (x +)e x Integrera map x: z = C xe x + C 3 y = e x z = e x (C xe x + C 3 ) = C x + C 3 e x SVAR: Den allmänna lösningen är y = C x + C 3 e x 5 Ett mekaniskt system styrs av ekvationen x + 5 x + 4x = b(t), där b(t) =, < t <, för övrigt Systemet startar i vila x() =, x () = Bestäm x(t) för t > Tolka den givna differentialekvationen fysikaliskt Laplacetransformera differentialekvationen s X(s) sx() x () + 5(sX(s) x()) + 4X(s) = s e s s e s, (s + 5s + 4)X(s) = s (e s e s ) X(s) = s(s +)(s + 4) (e s e s ) = ( 4 s 3 s + + s + 4 )(e s e s ) Återtransformera: x(t) = U(t )( 4 3 e (t ) + e 4( t ) ) U(t )( 4 3 e (t ) + e 4( t ) ) Differentialekvationen representerar rörelsen för en partikel som påverkas av tyngdkraft, dämpning, fjäderkraft samt en kraft Kraften är noll utom i intervallet från ett till två Differentialekvationen representerar även laddningen i en kondensator i en seriekopplad elektrisk krets innehållande motstånd, kondensator, spole samt en spänningspuls SVAR: Den sökta lösningen x(t) = U(t )( 4 3 e (t ) + e 4( t ) ) U(t )( 4 3 e (t ) + e 4( t ) )

6 a) En lösning till begynnelsevärdesproblemet y = y 3, y() = ges av y Är lösningen entydig? Motivera! b) y = x 3 är en lösning till y = 3y 3, y() = Är lösningen entydig? Motivera! c) Ange det största intervall i vilket lösningen till ekvationen y = 3x (y +), y() = existerar Är lösningen entydig? Motivera! a) En lösning är y och den är entydig, ty f (x,y) = y 3 och b) f y = 3y är kontinuerliga Lösningen är ej entydig, ty en lösning är y = x 3 och en annan lösning är y c) Vi börjar med att lösa differentialekvationen, vilken är separabel Omformning ger: y + y = 3x Integrera map x : arctan y = x 3 + C Villkoret ger: C = arctan = 4 Differentialekvationens lösning ges av: y = tan(x 3 + 4 ) Det definitionsområde som innehåller x = är: x: < x 3 + < 4 = x: 3 4 < x 3 < 4 = x: 3 3 < x < 4 Lösningen är entydig, ty f (x,y) = 3x (y +) och SVAR: a) Entydig lösning b) Ej entydig lösning 3 4 f y = 6x y är kontinuerliga c) Det största intervallet i vilket lösningen existerar är x: 3 3 < x < 4 7 Bestäm och klassificera de kritiska punkterna till systemet: 3 4 x = 3x + y + y = x y Entydig lösning Bestäm först de kritiska punkterna I de kritiska punkterna är tangentvektorn lika med nollvektorn Tangentvektorn x y = 3x + y + x y Vi erhåller följande icke-linjära ekvationssystem: 3x + y + = x 3x + = x y, y =±x, (x )(x ) = y =±x De kritiska punkterna är: (,), (, ), (,) och (, ) För att klassificera de kritiska punkterna studeras dessa lokalt Vi kan då antingen införa ett nytt koordinatssystem med origo i den kritiska punkten och ta med den linjära delen av systemet eller direkt bestämma Jacobimatrisen i den kritiska punkten Vi väljer det senare Tangentvektorn x y = 3x + y + 3 y = g(x) x y ger oss Jacobimatrisen g (X) = x y Insättning av respektive punkt ger oss en matris, vars egenvärden avgör typ och stabilitet

Egenvärdena kan erhållas med hjälp av determinanten och spåret :, = ± a) Punkten (,) ger g (,) = 3 = och spåret = 5 Skilda reella egenvärden som är negativa innebär att den kritiska punkten är en stabil nod 3 b) Punkten (, ) ger g (, ) = = och spåret = 4 Skilda reella egenvärden med olika tecken innebär att den kritiska punkten är en sadelpunkt och därmed instabil c) Punkten (,) ger g (,) = 3 4 4 4 = 4 och spåret = 7 Skilda reella egenvärden med olika tecken innebär att den kritiska punkten är en sadelpunkt och därmed instabil d) Punkten (, ) ger g (, ) = 3 4 4 4 = 4 och spåret =, 4 = 6 = 5 < Komplexa egenvärdena med med spåret > innebär att den kritiska punkten är en instabil spiralpunkt SVAR: (,) är en stabil nod (, ) och (,) är sadelpunkter och därmed instabila (, ) är en instabil spiralpunkt u 8 Lös Laplaces ekvation x + u = i rektangeln < x <, <y < med randvärdena y u(,y) = u(,y ) = u(x,) =, u(x,) = Vi löser problemet med variabelseparationsmetoden Sätt: u(x,y) = X(x)Y (y) Insåttning i differentialekvationen ger: X (x)y (y ) + X (x) Y (y ) = X (x) Dividera med X(x)Y (y): X (x) = Y (y) = konstant =, R Y(y) Den partiella differentialekvationen övergår i ett system av ordinära differentialekvationer X (x) X(x) = Y (y ) + Y (y) = För "X-ekvationen" behandlas tre olika fall: >, = och < >, =, R = <, =, R X (x) = A e x + B e x X (x) = A x + B X (x) = A 3 cos x + B 3 sin x Variabelseparationen och villkoren u(,y) = u(,y ) = ger X ()Y (y) = X( )Y (y) = Detta skall gälla för alla aktuella y Ger att X () = X( ) = >, =, R = <, =, R = X () = A + B = X () = B = X () = A 3 = X ( ) = A e + B e = X( ) = A + B = X( ) = A 3 cos + B 3 sin Endast den triviala lösningen = n, n N X (x) = B 3 sin nx Endast den triviala lösningen Detta system har icke-triviala lösningar då Vi erhåller icke-triviala lösningar endast då separationskonstanten =, R X (x) + X (x ) = Systemet är då: Y (y ) Y(y) =

Nu över till "y-ekvationen" Den har lösningen: Y (y) = Ce ny + De ny Villkoret u(x,) = och variabelseparationen ger: X(x)Y () =, vilket skall gälla för alla aktuella x Vi erhåller: Y () = Detta ger oss: = Y () = C + D, D = C Y (y) = C(e ny e ny ) Superpositionsprincipen ger: u(x,y) = a n (e ny e ny )sin nx Det återstår att bestämma a n Det resterande villkoret u(x,) = ger: = u(x,) = a n (e n e n )sin nx n= Här är a n (e n e n ) fourierkoefficienterna för den udda funktion som på intervallet (, ) är lika med Vi erhåller: a n (e n e n ) = sin nxdx = cosnx n cos n u(x,y ) = n(e n e n ) (eny e ny )sin nx n= SVAR: Den sökta lösningen är: u(x,y ) = n = [ ] = cosn n cos n n(e n e n ) (eny e ny )sin nx n=, a n = cos n n(e n e n )