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

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

IV, SF1636(5B1210,5B1230).

} + 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),

= y(0) för vilka lim y(t) är ändligt.

, 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.

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

KTH Matematik Tentamensskrivning i Differentialekvationer I, SF1633.

Tentamensskrivning i Differentialekvationer I, SF1633(5B1206).

KTH Matematik Tentamensskrivning i Differentialekvationer och transformer III, SF1637.

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

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.

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

= = i K = 0, K =

A dt = 5 2 da dt + A 100 =

ÚÚ dxdy = ( 4 - x 2 - y 2 È Î

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

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

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

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

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

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.

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

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

Del I. Modul 1. Betrakta differentialekvationen

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

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

Tentamen SF1633, Differentialekvationer I, den 23 oktober 2017 kl

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

= 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

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

Följande uttryck används ofta i olika problem som leder till differentialekvationer: Formell beskrivning

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,

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

Sammanfattning av ordinära differentialekvationer

Partiella differentialekvationer och randvärdesproblem Separabla PDE Klassiska ekvationer och randvärdesproblem

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

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

Gripenberg. Mat Grundkurs i matematik 1 Tentamen och mellanförhörsomtagning,

dy dx = ex 2y 2x e y.

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

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

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

BEGREPPSMÄSSIGA PROBLEM

Lineära system av differentialekvationer

(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.

SF1624 Algebra och geometri Tentamen Torsdag, 17 mars 2016

STABILITET FÖR LINJÄRA HOMOGENA SYSTEM MED KONSTANTA KOEFFICIENTER

TMV036 Analys och linjär algebra K Kf Bt, del C

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

Chalmers tekniska högskola Datum: Våren MVE021 Linjär algebra I

Matematiska Institutionen KTH. Lösning till tentamensskrivning på kursen Linjär algebra II, SF1604, den 9 juni 2011 kl

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

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

DEL I. Matematiska Institutionen KTH. Lösning till tentamensskrivning på kursen Linjär algebra II, SF1604, den 15 mars 2010 kl

SF1625 Envariabelanalys Lösningsförslag till tentamen DEL A

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

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

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

TMV142/186 Linjär algebra Z/TD

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

SF1624 Algebra och geometri Lösningsförslag till tentamen DEL A

UPPSALA UNIVERSITET Matematiska institutionen Pepe Winkler tel

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

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

Vektorerna är parallella med planet omm de är vinkelräta mot planets normal, dvs mot

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

ÖVN 2 - DIFFERENTIALEKVATIONER OCH TRANSFORMMETODER - SF1683. Inofficiella mål

1. (a) Beräkna gränsvärdet (2p) e x + ln(1 x) 1 lim. (b) Beräkna integralen. 4 4 x 2 dx. x 3 (x 1) 2. f(x) = 3. Lös begynnelsevärdesproblemet (5p)

kvivalenta. Ange rangen för A samt en bas för kolonnrummet för A. och U =

Preliminärt lösningsförslag

Partiella differentialekvationer av första ordningen

Preliminärt lösningsförslag

Vi skall här studera första ordningens homogena system av linjära dierentialekvationer

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

SF1625 Envariabelanalys Lösningsförslag till tentamen DEL A

SF1624 Algebra och geometri Lösningsförslag till tentamen DEL A

{ } = F(s). Efter lång tid blir hastigheten lika med mg. SVAR: Föremålets hastighet efter lång tid är mg. Modul 2. y 1

Vektorgeometri för gymnasister

Skriv väl, motivera och förklara vad du gör. Betygsgränser: p. ger betyget 3, p. ger betyget 4 och 40 p. eller mer ger betyget

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

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

Typexempel med utförliga lösningar TMV130. Matem. Analys i En Var.. V, AT.

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

SF1626 Flervariabelanalys Tentamen Tisdagen den 12 januari 2016

SF1624 Algebra och geometri Lösningsförslag till tentamen DEL A. t 2

Lösningar till utvalda uppgifter i kapitel 1

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.

SF1624 Algebra och geometri Lösningsförslag till tentamen DEL A

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

SF1625 Envariabelanalys Tentamen Måndagen den 11 januari 2016

ÖVN 6 - DIFFERENTIALEKVATIONER OCH TRANSFORMMETODER - SF Nyckelord och innehåll. a n (x x 0 ) n.

Analys av jämviktslägen till differentialekvationer

Veckans teman. Repetition av ordinära differentialekvationer ZC 1, 2.1-3, 4.1-6, 7.4-6, 8.1-3

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

SF1624 Algebra och geometri Lösningsförsag till modelltentamen

Fouriers metod, egenfunktionsutvecklingar.

Tentamen TMV140 Linjär algebra Z

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

Lösningar till utvalda uppgifter i kapitel 8

Transkript:

Lösningsförslag till tentamensskrivning i SF633 Differentialekvationer I. Torsdagen den 3 maj, kl 8-3. Hjälpmedel: BETA, Mathematics Handbook. Redovisa lösningarna på ett sådant sätt att beräkningar och resonemang är lätta att följa. Svaren skall ges på reell form. Del Modul. En tank, på 3 liter, innehåller liter vatten och 5 gram salt. En saltlösning med gram per liter pumpas in med hastigheten av 4 liter per sekund. Den välblandade lösningen pumpas ut med en hastighet av liter per sekund. Bestäm när tanken är full samt ange saltmängden i tanken vid detta tillfälle. Låt S(t) vara saltmängden i tanken vid tiden t. i ställer upp begynnelsevärdesproblemet för tanken. ds(t) S(t) 4, S() 5 + t(4 ) i har en linjär differentialekvation av första ordningen och vi bestämmer dess lösning med hjälp av integrerande faktor. Om forma först differentialekvationen ds(t) + 5 + t S(t) 8. 5 + t En integrerande faktor är e e ln(5 +t ) 5 + t. Multiplicera differentialekvationen med 5 + t. i får (5 + t) ds(t) + S(t) 8(5 + t) ((5 + t)s(t )) 8(5 + t). och det nya vänstra ledet är en derivata d Integrera med avseende på t: (5 + t)s(t) 4(5 + t) + C. illkoret S() 5 ger C 5 5 4(5) 3 5 75. Saltmängden i tanken vid tiden t är S(t) 4(5 + t) 75 4(5 + t) 75 5 + t 5 + t. i skall bestämma tidpunkten, t f, då tanken är full. Den erhålles ur ekvationen 3 + t f (4 ) vilket ger t f. Saltmängden vid full tank är S() 4(5 + ) 75 6 5 55. 5 + SAR: Tanken är full efter t f sekunder och då är saltmängden 55 gram. Modul. dx Betrakta det linjära systemet X AX, där X dy och X x y. Den konstanta matrisen A uppfyller följande ekvationer: A och A 4. Bestäm X(t) då X() 4 3. i börjar med att bestämma matrisens egenvärden och egenvektorer. Egenvärdena kan erhållas ur ekvationen det(a I) och egenvektorerna ur (A I)K. Nu är inte matrisen A given direkt utan med hjälp av två ekvationer. Om man betänker att ekvationen (A I)K kan skrivas AK K så behöver A ej bestämmas.

i får direkt att, K och, K Två linjärt oberoende lösningar till systemet är X e t och X et Systemets allmänna lösning kan skrivas X c e t + c e t Bestäm konstanterna så att villkoret X() 4 blir uppfyllt. 3 i får X() 4 3 c + c vilket ger c, c och X(t) et + e t SAR: Den sökta lösningen till systemet är X(t) e t + e t Modul 3. t Bestäm f (t) då f (t) f(u)cos( t u)du+ 3sin t, t. s Laplacetransformera ekvationen: F(s) F(s) s + 4 + 3 s + 4. Lös ut F(s). F(s) s 6 ( + 4 s) 6, F(s) (s ) + 3, F(s) 3 3 (s ) + ( 3 ) Återtransformera: f (t) 3e t sin 3t. SAR: Ekvationen har lösningen f (t) 3e t sin 3t. Del. Lösningar till differentialekvationen x y x y + y, x> är på formen y x a, a R. Bestäm a. ad menas med en bas för lösningsrummet till en linjär differentialekvationen? Ange en bas för lösningsrummet till differentialekvationen x y x y + y, x>. Ange även differentialekvationens allmänna lösning. Insättning av y x a i x y x y + y ger x a(a )x a xax a + x a. i får (a(a ) a + )x a, a(a ) (a ), (a )(a ). a, a. i har två lösningar a och a. En bas för lösningsrummet till en linjär differentialekvationen av ordning n består av de n linjärt oberoende lösningarna till differentialekvationen. En bas för lösningsrummet till differentialekvationen x y x y + y ges av { x, x }. Differentialekvationens allmänna lösning är en linjärkombination av baselementen. i får y c x + c x där c och c är goyckliga reella konstanter. SAR: Konstanterna är a och a. En bas för lösningsrummet är x, x { }. Den allmänna lösningen är y c x + c x.

dx. a) Ge en tolkning av systemet X g(x) där X dy, X x och g är vektorvärd. y b) Bestäm de stationära lösningarna till systemet X x + y 8. x y c) Bestäm de stationära lösningarnas typ och avgör stabilitet/instabilitet. a) En tolkning är att systemet ger hastighetsvektorn X i varje punkt där g är definierad. b) De stationära lösningarna till systemet är där hastighetsvektorn är lika med nollvektorn. x + y 8 x 8 x ±,, x y x y xy De stationära lösningarna är (,) och (, ). c) För att undersöka de stationära lösningarnas karaktär användes linjarisering. i bestämmer Jacobimatrisen i respektive kritisk punkt. Jacobimatrisen är J(x, y) x y. Insättning ger J(,) 4 4 A respektive J(, ) 4 4 B. i bestämmer matrisernas egenvärden. Dessa fås ur ekvationerna det(a I) respektive det(b I). i får (,) 4 4 3 8 ( 3 ) 8 9 4 ( 3 ) 4 4, 3 ± 4. Egenvärdena är reella och med skilda tecken. (,) är sadelpunkt och därmed instabil. (, ) 4 4 + 5 + 8 ( + 5 ) + 8 5 4 ( + 5 ) + 7 4, 5 ± i 7. Egenvärdena är komplexa och med negativ realdel. (, ) är en stabil spiral. SAR: a) Systemet kan representera ett hastighetsfält. b) De stationära lösningarna är (,) och (, ). c) (,) är sadelpunkt och därmed instabil. (, ) är en stabil spiral 3. a) y x är en lösning till differentialekvationen y + y. Är y c x, c, c en lösning? b) Begynnelsevärdesproblemet y y + 4, y() har en entydig lösning. Motivera varför lösningen är entydig. Går lösningen genom punkten (,-5)? c) Betrakta differentialekvationen dy f f (x, y), där f och är kontinuerliga i dx y ett rektangulärt område R i xy-planet. Två skilda lösningskurvor kan skära varandra i en punkt, i området R. Är påståendet sant eller falskt? Motivera! a) Nej. ty med y c, c, c blir x y + y lika med y + y c x + c x c c x och c c då c, c b) Med de kontinuerliga funktionerna f (x, y) y f + 4 och (x,y) y har differentialekvationen y en entydig lösning genom punkten (,) enligt entydighetssatsen. En lösning genom punkten (,) kan ej gå genom punkten (,-5) y är en växande funktion.

c) Påståendet är falskt, ty enligt entydighetssatsen existera en entydig lösning genom en punkt i området R. SAR: a) Nej, se ovan. b) Nej, se ovan. c) Falskt påstående. [ ]? 4. a) ad menas med att funktionerna f och g är ortogonala på intervallet a,b b) isa att { sin nx }, n,, 3, utgör en mängd av ortogonala funktioner på intervallet [, ]. c) Skriv funktionen f (x) sin 3 x på intervallet [, ] som en linjärkombination av lämpliga ortogonala funktioner i b).. d) Antag att funktionen f (x) x +, <x<3 är utvecklad i följande tre serier: en Fourierserie, en cosinusserie och en sinusserie. Ange det värde mot vilket respektive serie konvergerar för x. a) Två funktioner, f och g, är ortogonala på intervallet a,b b. [ ] då f (x)g(x)dx b) i visar att den inre produkten mellan två goyckliga funktioner i den givna mängden är lika med noll på det givna intervallet. sinnx, sin mx sin nx sinmxdx sin(n m)x sin(n + m)x [ ]. n m n + m ( cos(nx mx) cos(nx + mx) )dx c) Här gäller det att beskriva f (x) sin 3 x med hjälp av den givna funktionsföljden. En väg att göra detta är att ansätta sin 3 x n a n sin nx och beräkna koefficienterna. a { n m} En betydligt kortare väg är att utnyttja formeln sin3x 3sin x 4sin 3 x, sin 3 x 3 4 sin x 4 sin3x. d) Respektive serie kommer att konvergera mot f (+)+f( ). I fallet med Fourierserien blir detta: + + 3 + I fallet med cosinusserien blir detta: + + + I fallet med sinusserien blir detta: + ( +)... SAR: a) Se ovan. b) sin 3 x 3 4 sin x 4 sin3x. c), respektive. Nedan följer plottar på de tre fallen.

SAR: a) Se ovan. b) Se ovan. c) sin 3 x 3 4 sin x 4 sin3x. d), respektive. 5. Det har ösregnat under en längre tid. atten har helt fyllt ett m långt och m brett dike. Dikets vertikala genomskärningsprofil har -form, i form av en halv kvadrat, delad längs en horisontell diagonal, m lång. Regnet har upphört vid tidpunkten t. a) Antag att diket neill är helt tätt så att vattnet endast kan försvinna genom avdunstning uppåt. Låt (t) vara vattenvolymen vid tiden t >, med t mätt i dagar. isa att (t) uppfyller en differentialekvation på formen d k, k positiv konstant, om avdunstningshastigheten(i m 3 /dag) är proportionell mot den fria vattenytans area. b) Bestäm (t) om () m 3 (helt fyllt dike) och () 99 m 3. c) När är diket torrlagt? ( 99 9,95 ). a) Låt h vara vattenståndet i det triangulära diket. Då är tvärsnittets area A h attenvolymen är: (t) A h, h Avdunstningshastigheten d k h k b) Differentialekvationen d h.. Den fria vattenytans area är h. k. S k är separabel. Den triviala lösningen saknar intresse. För att få icke-triviala lösningar omformas differentialekvationen till: Integration ger: kt + C. illkoret () ger C. illkoret () 99 och C ger 99 k +, k 99. d k. { }. Insättning av konstanterna ger: ( 99)t +, ( 99)t c) Diket är tomt då vilket inträffar för t SAR: a) Se ovan. b) ( 99)t 99 ( + 99) 99 { }. c) Diket är torrlagt efter 99,5 dagar ( + 99) 99,5