Harjoitus 1, tehtävä 1
|
|
- Krista Lehtinen
- 7 vuotta sitten
- Katselukertoja:
Transkriptio
1 Heikki Kallasjoki, 66H, /34 Harjoitus, tehtävä Oletetaan, että f C(R) on π-jaksollinen funktio ja a R. Näytä, että f(t + a) dt f(t) dt a+π f(t) dt. a () () (3) Tarkastellaan ensin lauseketta (). Tehdään muuttujanvaihto t t+a t t a (integroimisrajat: t t a π, t π t a + π): f(t + a) dt Lausekkeet () ja (3) ovat siis yhtä suuret. a+π a f(t ) dt. Olkoon k π a π, jolloin a a k < π. Toisaalta koska f on π-jaksollinen funktio, f(t) f(t + k). Saadaan: a f(t + a) dt f(t + a) dt + f(t + a) dt (integroidaan kahdessa osassa) π a +a f(t + a a ) dt + f(t + a + π a ) dt (integroimisvälin muutos) +a +a f(t + k) dt + +a f(t) dt + f(t) dt +a +a f(t + k + π) dt (a a k a a k) f(t) dt (f(t) f(t + k) f(t + k + π)) (yhdistetään osat) Vastaus: Lausekkeet (), () ja (3) ovat siis yhtä suuret.
2 Heikki Kallasjoki, 66H, /34 Harjoitus, tehtävä -3 Oletetaan, että f L ([, π]). Kohta (a) Jos f(t) f( t) kaikilla t R (eli f on parillinen), niin näytä, että ˆf(j) ˆf( j) kaikilla j Z. Mikä on tällöin S n :n reaalinen muoto? Funktion f j. Fourier-kerroin ˆf(j) on ˆf(j) f, e j π Lasketaan vastaavasti j. kertoimen arvo: ˆf( j) f, e j π π π ˆf(j). π f(t)e ijt dt f( t )e ijt dt Osasumman S n reaalinen muoto yleisesti on f(t)e ijt dt, j Z. (muuttujanvaihto t t) f(t )e ijt dt (f parillinen, joten f( t ) f(t )) S n a n 0 + (a j cos(jt) + b j sin(jt)), j missä ja a j π b j π f(t) cos(jt) dt, j 0,,,... f(t) sin(jt) dt, j,,.... Koska f(t) on parillinen ja sin(t) pariton, lauseke f(t) sin(jt) on myös pariton. Tällöin b j 0 kaikille j,,..., ja S n :n reaaliseksi muodoksi jää jossa a j määritellään kuten yllä. S n a n 0 + a j cos(jt), j
3 Heikki Kallasjoki, 66H, 3/34 Kohta (b) Jos f(t) f( t) kaikilla t R (eli f on pariton), niin näytä, että ˆf(j) ˆf( j) kaikilla j Z. Mikä on tällöin S n :n reaalinen muoto? Päättely menee melkein täysin (a)-kohtaa vastaavasti. j. Fourier-kertoimen arvo saadaan seuraavasti: ˆf( j) f(t)e ijt dt π π π π f( t )e ijt dt (muuttujanvaihto t t) f(t )e ijt dt ˆf(j). (f( t ) f(t )) Koska f(t) on pariton ja cos(t) parillinen, lauseke f(t) cos(jt) on myös pariton, ja S n :n reaalisessa muodossa kertoimet a j 0 kaikille j 0,,,.... Tällöin S n :n reaaliseksi muodoksi tulee n S n b j sin(jt), jossa b j π j f(t) sin(jt) dt, j,,.... Kohta (c) Jos f(t + π) f(t) kaikilla t R, niin näytä, että ˆf(j) 0 kaikilla parittomilla j Z. ˆf(j) f(t)e ijt dt π ( 0 ) f(t)e ijt dt + f(t)e ijt dt π 0 ( ) f(t π)e ij(t ) dt + f(t)e ijt dt (muuttujanvaihto t t + π) π 0 0 ( ) f(t )e ijt e ijπ dt + f(t)e ijt dt (f(t π) f(t )) π 0 0 ( ) f(t )e ijt dt + f(t)e ijt dt 0. (j pariton, j Z e ijπ ) π 0 0
4 Heikki Kallasjoki, 66H, 4/34 Kohta (d) Jos f on reaaliarvoinen funktio, niin näytä, että ˆf(j) ˆf( j) kaikilla j Z. Suoraviivainen laskutoimitus: ˆf(j) π π π π ( ): Koska f(t) dt R(f(t)) dt + i viedä integraalin sisään. f(t)e ijt dt f(t)e ijt dt ( ) f(t)e ijt dt (f(t) R) f(t)e ijt dt ˆf( j) I(f(t)) dt, kompleksikonjugaatti voidaan näin
5 Heikki Kallasjoki, 66H, 5/34 Harjoitus, tehtävä 4-5 Kohta (a) Näytä käyttämällä kaavaa e iθ cosθ + i sin θ, että cosθ eiθ + e iθ ja sin θ eiθ e iθ i e iθ + e iθ cosθ + i sin θ + cos( θ) + i sin( θ) cosθ + i sin θ + cosθ i sin θ cosθ cos θ (cos x cosx, sin x sin x) e iθ e iθ i cosθ + i sin θ cos( θ) i sin( θ) cosθ + i sin θ cosθ + i sin θ i sin θ sin θ i (cos x cosx, sin x sin x)
6 Heikki Kallasjoki, 66H, 6/34 Kohta (b) Johda (a)-kohdan avulla kaavat cos(θ + γ) cosθ cosγ sin θ sin γ ja sin(θ + γ) sin θ cosγ + cos θ sin γ. cosθ cosγ sin θ sin γ eiθ + e iθ e iγ + e iγ eiθ e iθ i e iγ e iγ i (eiθ + e iθ )(e iγ + e iγ ) + (e iθ e iθ )(e iγ e iγ ) 4 ei(θ+γ) + e i(θ+γ) 4 ei(θ+γ) + e i(θ+γ) cos(θ + γ) (termit e i(θ γ) ja e i( θ+γ) sievenevät pois) sin θ cos γ + cosθ sin γ eiθ e iθ i e iγ + e iγ + eiθ + e iθ e iγ e iγ i (eiθ e iθ )(e iγ + e iγ ) + (e iθ + e iθ )(e iγ e iγ ) 4i ei(θ+γ) e i(θ+γ) 4i ei(θ+γ) e i(θ+γ) sin(θ + γ) (vastaavasti)
7 Heikki Kallasjoki, 66H, 7/34 Kohta (c) Johda (b)-kohdan avulla kaavat sin θ sin γ cos(θ γ) cos(θ + γ), sin θ cosγ sin(θ + γ) + sin(θ γ) ja cosθ cosγ cos(θ + γ) + cos(θ γ). cos(θ γ) cos(θ + γ) (cosθ cos( γ) sin θ sin( γ)) (cosθ cosγ sin θ sin γ) cosθ cosγ + sin θ sin γ cosθ cosγ + sin θ sin γ (cos x cosx, sin x sin x) sin θ sin γ sin(θ + γ) + sin(θ γ) (sin θ cos γ + cosθ sin γ) + (sin θ cos( γ) + cos θ sin( γ)) sin θ cosγ + cos θ sin γ + sin θ cosγ cosθ sin γ sin θ cosγ cos(θ + γ) + cos(θ γ) (cosθ cosγ sin θ sin γ) + (cosθ cos( γ) sin θ sin( γ)) cosθ cosγ sin θ sin γ + cosθ cosγ + sin θ sin γ cosθ cosγ
8 Heikki Kallasjoki, 66H, 8/34 Harjoitus, tehtävä 6 Näytä, että joukko { }, sin t, cost, sin(t), cos(t),... Olkoon on ortonormaali reaalisen sisätulon f, g π f(t)g(t) dt suhteen. Huomaa: Fourierin sarjan reaalinen muoto on paras approksimaatio tämän ortonormaalin joukon suhteen. a 0, a j sin(jt), j,,..., b j cos(jt), j,,..., a 0, kun j 0 α j, kun j, 3,...,, kun j, 4,..., a j+ b j jolloin alkuperäinen joukko on {a 0, a, b, a, b,... } {α j }. Eri tyyppisiä sisätuloja tässä joukossa on 6: a 0, a 0, a 0, a j, a 0, b j, a j, a k, a j, b k sekä b j, b k. Tarkastellaan kutakin erikseen. a 0, a 0 π π dt dt π π/ t a 0, a j π a 0, b j π πj sin(jt) dt 0 ( sin(jt) on pariton) cos(jt) dt j cos(jt) dt / π sin(jt) 0 (sin(jπ) 0) πj
9 Heikki Kallasjoki, 66H, 9/34 a j, a k π π π { π sin(jt) sin(kt) dt ( ) cos((j k)t) cos((j + k)t) dt (Harjoituksen tehtävän 4-5(c) kaavan perusteella) cos((j k)t) dt (Edellisen tapauksen perusteella cos((j + k)t) dt 0) dt, kun j k, 0, kun j k a j, b k π π sin(jt) cos(kt) dt ( ) sin((j + k)t) + sin((j k)t) dt 0 (4-5(c), sin(jt) on pariton, sin 0 0) b j, b k π π π { π cos(jt) cos(kt) dt ( ) cos((j + k)t) + cos((j k)t) dt cos((j k)t) dt dt, kun j k, 0, kun j k (4-5(c)) ( cos((j + k)t) dt 0) Vastaus: eli annettu joukko on ortonormaali. α i, α j {, kun j k, 0, kun j k,
10 Heikki Kallasjoki, 66H, 0/34 Harjoitus, tehtävä Oletetaan, että f L ([, π]). Näytä seuraavat lauseet kaikilla j Z. Kohta (a) ˆ f(j) ˆf( j) Tämä kohta on käytännössä lähes sama kuin harjoituksen tehtävän -3 kohta (d). Perustelu kompleksikonjugaatin viemiselle integraalin sisään löytyy sen vastauksesta. ˆf( j) π π π f(t)e ijt dt f(t)e ijt dt f(t)e ijt dt ˆf(j) Kohta (b) f(t + s)(j) e ijs ˆf(j), s R kiinteä Funktion f(t) tiedetään olevan määritelty välillä t [, π], jolloin funktio f (t) f(t + s) on varmasti määritelty vain välillä t [ s, π s]. Lasketaan siis Fourier-kertoimetkin kyseisellä välillä: f(t + s)(j) s f(t + s)e ijt dt π s f(t )e ij(t s) dt (t t + s, t t s) π e ijs f(t )e ijt dt π e ijs ˆf(j)
11 Heikki Kallasjoki, 66H, /34 Kohta (c) ˆf(j) π f(t) dt ˆf(j) π π π f(t)e ijt dt f(t)e ijt dt f(t) dt ( e iθ )
12 Heikki Kallasjoki, 66H, /34 Harjoitus, tehtävä Oletetaan, että f, g ja h ovat jatkuvia π-jaksollisia funktioita. Näytä seuraavat lauseet. Kohta (a) f (g + h) (f g) + (f h) (f (g + h))(t) f(t s)(g(s) + h(s)) ds f(t s)g(s) ds + (f g)(t) + (f h)(t) f(t s)h(s) ds Kohta (b) f g g f (f g)(t) t+π t (g f)(t) f(t s)g(s) ds f(s )g(t s ) ds (s t s) g(t s )f(s ) ds (g(t s )f(s ) on π-jaksollinen)
13 Heikki Kallasjoki, 66H, 3/34 Kohta (c) (f g) h f (g h) ((f g) h)(t) (f g)(t σ) h(σ) dσ f(s) f(s)g(t σ s) ds h(σ) dσ f(s)g(t σ s)h(σ) ds dσ f(s)g(t σ s)h(σ) dσ ds g(t s σ)h(σ) dσ ds f(s) (g h)(t s) ds (f (g h))(t)
14 Heikki Kallasjoki, 66H, 4/34 Harjoitus, tehtävä 3 Olkoot f ja g kuten tehtävässä (edellä). Näytä seuraavat lauseet. Kohta (a) f g on π-jaksollinen π-jaksollisille funktioille f ja g (yksi) konvoluution määritelmä on (f g)(t) f(s)g(t s) ds. Toisaalta funktio f on π-jaksollinen, jos f(t + π) f(t) kaikille t R. Lasketaan: (f g)(t + π) (f g)(t) f(s)g(t + π s) ds f(s)g(t s) ds (g on π-jaksollinen) Vastaus: f g on π-jaksollinen, sillä (f g)(t + π) (f g)(t).
15 Heikki Kallasjoki, 66H, 5/34 Kohta (b) (f g)(t) dt f(t) dt g(t) dt (f g)(t) dt f(τ) f(τ) f(τ) f(τ)g(t τ) dτ dt τ τ g(t τ) dt dτ g(t ) dt dτ (t t τ) g(t ) dt dτ (g(t ) on π-jaksollinen, joten integroimisvälin voi vaihtaa) f(t) dt g(t) dt Kohta (c) laske f g jos g(t) e ijt, j Z (f g)(t) f(s)g(t s) ds f(s)e ij(t s) ds (g(t) e ijt ) e ijt f(s)e ijs ds ijt ˆf(j)e
16 Heikki Kallasjoki, 66H, 6/34 Harjoitus 3, tehtävä Olkoon f L (R) sellainen funktio, että f( x) f(x) kaikilla x R. Näytä, että ˆf( ξ) ˆf(ξ) kaikilla ξ R. ˆf( ξ) R R R ˆf(ξ) f(x)e ixξ dx f( x )e ix ξ dx (x x) f(x )e ix ξ dx (f( x ) f(x ))
17 Heikki Kallasjoki, 66H, 7/34 Harjoitus 3, tehtävä Olkoon f : R R, f(x) Mikä on f:n Fourierin muunnos? ˆf(ξ) R π π f(x)e ixξ dx [ (cosx)e ixξ dx e ix + e ix e ixξ dx π ( ξ)i e ( ξ)ix dx + π π { cosx, x π, 0, x > π. e (+ξ)ix dx π / e ( ξ)ix ( + ξ)i π / π ] (f(x) 0 näiden rajojen ulkopuolella) e (+ξ)ix (cosθ eiθ +e iθ ) (ol. ξ ) [ ( e ( π π ξ)i e ( π + π ξ)i) ( e ( π π ξ)i e ( π + π ξ)i)] ( ξ)i ( + ξ)i [ ( ie π ξi + ie π ξi) ( + ie π ξi + ie π ξi)] (e π i i) ( ξ)i ( + ξ)i e π ξi + e π ξi + e π ξi + e π ξi cos(πξ) + cos(πξ) ξ + ξ ξ + ξ cos(πξ), ξ ξ ( π e ˆf() ix + e ix e ix dx π ) π dx + e ix dx π π π π ( π e ˆf( ) ix + e ix e ix dx π ) π dx + e ix dx π π π π Vastaus: ˆf(ξ) cos( π ξ) ξ, ξ π, ξ.
18 Heikki Kallasjoki, 66H, 8/34 Harjoitus 4, tehtävä Oletetaan, että f L (R) C(R) ja K a : R R, missä a > 0. K a (x) a χ [ a,a](x) Kohta (i) Näytä, että (f K a )(x) a x+a x a f(y) dy. (f K a )(x) R a a f(x y )K a (y ) dy f(x y ) a χ [ a,a](y ) dy R a a x+a x a f(x y ) dy (χ [ a,a] (y ) 0 välin y [ a, a] ulkopuolella) f(y) dy (y x y, dy dy, y a y x a)
19 Heikki Kallasjoki, 66H, 9/34 Kohta (ii) Osoita suoraan (käyttämättä demotehtävää!) jatkuvuuden määritelmän avulla, että kaikilla x R. Koska f on jatkuva funktio, lim a 0 lim a 0 ( a x+a x a f(y) dy f(x) sup f(y) f(x) y [x a,x+a] x a ) 0. Tehtävänannon väite voidaan esittää myös muodossa ( x+a ) lim f(y) dy f(x) 0. a 0 a Toisaalta: ( lim a 0 a x+a x a ) x+a f(y) dy f(x) lim a 0 x a 0, a f(y) f(x) dy }{{} 0 kun a 0 eli tehtävänannon väite on tosi.
20 Heikki Kallasjoki, 66H, 0/34 Harjoitus 4, tehtävä Kohta (i) Jos f, g L (R n ), niin näytä, että f g L (R n ) ja (f g)(x) dx f(x) dx g(x) dx. R n R n R n L (R n )-avaruus koostuu funktioista f : R n C joille pätee R n f(x) dx <, joten suoraan tehtävänannon integraaleja koskevan väitteen perusteella f g L (R n ). Perustellaan vielä ko. väite: (f g)(x) dx f(x y)g(y) dy dx R n R n R n f(x y)g(y) dy dx (luentomateriaali,.. väite ()) R n R n f(x y) g(y) dx dy (int.järj. vaihto, ab a b ) R n R n f(x y) dx g(y) dy R n R n f(z) dz g(y) dy (z x y, dz dx) R n R n f(x) dx g(x) dx R n R n
21 Heikki Kallasjoki, 66H, /34 Kohta (ii) Jos f, g : R R, f(x) g(x) x χ [,] (x), niin laske (f g)(0). Lasketaan: (f g)(0) R R R f(0 y)g(y) dy ( )( ) χ [,] ( y) χ [,] (y) y y dy y χ [,]( y)χ [,] (y) dy y dy (rajojen ulkopuolella χ [,](y) 0) Integraali dy ei suppene. y
22 Heikki Kallasjoki, 66H, /34 Harjoitus 4, tehtävä 3 Oletetaan, että f, g, h : R R, f(x), g(x) xe x, h(x) χ [0, ) (x). Kohta (i) Laske (f g) h. (f g)(x) ((f g) h)(x) f(x y)g(y) dy ye y dy 0 R (f g)(x y)h(y) dy 0 R Kohta (ii) Laske f (g h). (g h)(x) (f (g h))(x) R x g(x y)h(y) ze z dz lim a 0 (x y)e (x y) dy (z x y, dz dy, ( ) x/ e z lim e x e a a }{{} a 0 R f(x y) (g h)(y) dy y 0 z x y z ) e x π e y dy Kohta (iii) Miksi (f g) h f (g h) ei päde? Vastaus: Koska funktiot f, h L (R), joten integroimisjärjestystä ei voi noin vain mennä vaihtelemaan, kuten tehtiin harjoituksen tehtävän kohdassa (c), jossa osoitettiin (f g) h f (g h) sopivin rajoituksin.
23 Heikki Kallasjoki, 66H, 3/34 Harjoitus 5, tehtävä - Oletetaan, että Ω R n on rajoitettu avoin sileä joukko ja että u, v ovat riittävän sileitä. Kohta (i) Johda seuraavat Greenin kaavat Gaussin divergenssilauseesta: v u ν ds (v u + v u) dx ja Divergenssilause: Lasketaan: Ω Ω Ω Ω Ω Ω Ja vielä toinen esitetty väite: (v u u v) dx Ω Ω ( v u ) ν u v ds (v u u v) dx ν Ω Ω div F(x) dx (v u + v u) dx Ω F(x) ν(x) ds (v div ( u) + v u) dx ( f div ( f)) div (v u) dx v u ν ds Ω Ω Ω v u ν ds (v div ( u) u div ( v)) dx ( Ω Ω (div (ϕf) ϕ div F + F ϕ) div (v u) div (u v)+ u v v u }{{} 0 (v u ν u v ν) ds ( v u ) ν u v ds ν (divergenssilause) ) dx
24 Heikki Kallasjoki, 66H, 4/34 Kohta (ii) Näytä Greenin kaavojen avulla, että jos Neumannin ongelmalla { u 0 Ω:ssa u h ν Ω:ssa on ratkaisu, niin Ω h ds 0. Ω h ds Ω Ω u ν ds (tehtävänanto) ( u + u) ds (kohta (i) kaava, v ) 0 ( u 0 (tehtävänanto), 0) Kohta (iii) Oletetaan, että Ω on lisäksi yhtenäinen. Jos u 0 Ω:ssa ja lisäksi u 0 0 Ω:ssa, niin näytä, että u on vakio. tai u ν Tutkitaan ensin tapaus, jossa u 0 Ω:ssa. Koska u on harmoninen funktio ( u 0), se saavuttaa maksimi- ja minimiarvonsa reunassa Ω. u:n maksimi- ja minimiarvo on siis 0, joten u 0 on vakio koko joukossa Ω. Katsotaan sitten mitä seuraa ehdosta u 0 Ω:ssa. Kohdan (i) ensimmäisen kaavan nojalla ν mille tahansa (oletukset täyttävälle) funktiolle v pätee: v u Ω ν ds 0 (v u + v u) ds Ω v u ds ( u 0) Ω Koska v on mielivaltainen (riittävän sileä) funktio, täytyy u 0 (eli u on vakio) päteä, jotta integraalilause yllä saisi arvon 0 kaikille v.
25 Heikki Kallasjoki, 66H, 5/34 Kohta (iv) Näytä, että Dirichletin ongelmalla Ω:ssa on yksikäsitteinen ratkaisu Ω:ssa ja Neumannin ongelman ratkaisut poikkeavat toisistaan vain lisättävällä vakiolla. Oletetaan että u ja v ovat kaksi mielivaltaista ratkaisua Dirichletin ongelmalle: { u v 0 Ω:ssa u v f Ω:ssa Tarkastellaan ratkaisujen erotusta u v. Sille pätee (u v) u v (Ω:ssa), sekä u v f f 0 ( Ω:ssa), joten kohdan (iii) ensimmäisen tapauksen nojalla erotus on 0 koko Ω:ssa, eli ratkaisut ovat samat. Oletetaan seuraavaksi, että u ja v ovat kaksi mielivaltaista ratkaisua Neumannin ongelmalle: { u v 0 Ω:ssa u ν v ν f Ω:ssa Tarkastellaan taas erotusta u v. Tälläkin kertaa (u v) 0 Ω:ssa, ja toisaalta (u v) ν u v f f 0 Ω:ssa. Tällöin kohdan (iii) toisen tapauksen nojalla erotus on vakio ν ν Ω:ssa, eli ratkaisut eroavat toisistaan vain lisättävän vakion verran.
26 Heikki Kallasjoki, 66H, 6/34 Harjoitus 5, tehtävä 4 Näytä suoralla laskulla, että yksikköpallon Poissonin ydin K(x,y) n α(n) x x y n on harmoninen x:n funktiona B(0, ):ssä jokaiselle y B(0, ). Haluamme siis näyttää, että x K(x,y) n i K(x,y) x i 0. Olkoon i Z, i n. Lasketaan hieman osittaisderivaattoja: ( ) K(x, y) x x i n α(n) x i x y n n α(n) n α(n) x i n j x j ( n j (x j y j ) ) n/ x i ( n ) n/ j (x j y j ) ( x n(x i y i ) ( n ) n/+ j (x j y j ) ( n j x j ) j) n x j K(x,y) x i n α(n) x i n(x i y i ) ( n ) n/+ j (x j y j ) x i n(x i y i ) + ( n ) n/+ j (x j y j ) + ( n j x j [ 4nxi (x i y i ) n α(n) x y n+ ( n ) n/ j (x j y j ) ) ( n + ) n(x i y i ) ( n ) n/+ j (x j y j ) x y n + ( x ) n ( n ) n/+ j (x j y j ) ( (n + n)(x i y i ) x y n+4 )] n x y n+
27 Heikki Kallasjoki, 66H, 7/34 Nyt voimme laskea x -operaattorin tuloksen: x K(x,y) n K(x,y) i n α(n) x i [ 4n x 4n n i x iy i x y n+ n x y n ( 4n x 4n n n α(n) ( n α(n) n α(n) + ( ) ] x )( (n + n) x y n x y n+4 x y n+ ) i x iy i n x y + n + n n x (n + n n ) x y n+ n x 4n i x iy i n ( ) i (x i y i ) ) + n x y n+ (lyh. i n i ) ( n x 4n i x iy i n ( i x i i x iy i + i y i ) + n x y n+ Tässä vaiheessa on hyvä huomata, että i y i y, sillä y B(0, ). Saadaan: ( x K(x,y) n x n x 4n i x iy i + 4n ) i x iy i n + n n α(n) x y n+ 0 n+ 0. n α(n) x y ) Vastaus: x K(x,y) 0 kun x B(0, ), y B(0, ) joten K(x,y) on x:n funktiona harmoninen.
28 Heikki Kallasjoki, 66H, 8/34 Harjoitus 6, tehtävä Olkoon H(x, t) x e 4t (4πt) n/, x R n, t > 0, kohdan 4.4 lämpöydin. Näytä suoralla laskulla, että se on lämpöyhtälön ratkaisu R n (0, ):ssa. Haluamme siis näyttää, että H(x, t) t x H(x, t) 0 H(x, t) t n i H(x, t) x i kaikilla (x, t) R n (0, ). Laskeskellaan taas osittaisderivaattoja erikseen: H(x, t) ( ) x e 4t t t (4πt) n/ x x (4πt) n/ 4t e 4t πn x e 4t (4πt) n/+ H(x, t) x i (4πt) n/ P e j x j 4t x i (4πt) n/ x i t e P j x j 4t (i Z, i n, j n j, x j x j ) H(x, t) x i (4πt) n/ x i (4πt) n/ ( x i 4t e ( P ) xi j x j t e 4t P j x j 4t P j x j t e 4t )
29 Heikki Kallasjoki, 66H, 9/34 Nyt voimmekin jo yhdistää tulokset: H(x, t) t x H(x, t) 0 H(x, t) t i x x (4πt) n/ 4t e 4t ( x x e 4t (4πt) n/ H(x, t) x i πn (4πt) }{{ n/+ } n t (4πt) n/ ) 4t x 4t n t + n t }{{} 0 ( x x (4πt) n/ 4t e 4t n t x e 4t ) Vastaus: H(x,t) t x H(x, t) 0 kaikille (x, t) R n (0, ) joten H(x, t) on lämpöyhtälön ratkaisu.
30 Heikki Kallasjoki, 66H, 30/34 Harjoitus 6, tehtävä 4 Oletetaan, että u on lämpöyhtälön ratkaisu R n (0, ):ssa. Näytä, että u α (x, t) u(αx, α t) on myös lämpöyhtälön ratkaisu R n (0, ):ssa kaikilla α R. u α (x, t) t u α (x, t) u(αx, α t) α u(αx, α t) t α t t (ketjusääntö) u α (x, t) u(αx, α t) α u(αx, α t) x i αx i x i (i Z, i n) u α (x, t) αu(αx, α t) α u(αx, α t) x i αx i x i x u α (x, t) u α(x, t) n u α (x, t) t x i i ( ) α u(αx, α t) n u(αx, α t) t x i i }{{} 0, sillä u on lämpöyhtälön ratkaisu 0
31 Heikki Kallasjoki, 66H, 3/34 Harjoitus 7, tehtävä 5 Johda ratkaisukaava ongelmalle { u u + u 0 t Rn (0, ):ssä, u g R n {t 0}:ssa. Ratkaisun u Fourier-muunnos û x:n suhteen (kun t on vakio) on û(ξ, t) u(x, t)e ix ξ dx. R n Fourier-muunnoksen ominaisuuksien perusteella (kts. luentomateriaali, luku 4.4) saadaan osittaisderivaattojen Fourier-muunnokset: u x j u t Annetun ongelman perusteella siis: (ξ, t) ξjû(ξ, t), û (ξ, t) (ξ, t) t j,...,n ( ) u t u + u (ξ, t) u t (ξ, t) u(ξ, t) + û(ξ, t) u t (ξ, t) n u (ξ, t) + û(ξ, t) x j j û n t (ξ, t) + ξjû(ξ, t) + û(ξ, t) û(ξ, 0) ĝ(ξ) j û t (ξ, t) + ( ξ + ) û(ξ, t) 0 Fourier-muunnokselle saadaan siis tavallinen differentiaaliyhtälö muotoa y + ky 0, jonka ratkaisu on muotoa y(x) Ce kx. Tässä tapauksessa: û(ξ, t) C(ξ) e ( ξ +)t Funktio C(ξ) saadaan annetun alkuarvon perusteella: û(ξ, 0) C(ξ) ĝ(ξ) Eli ongelman ratkaisu Fourier-muunnosten puolella on: û(ξ, t) ĝ(ξ) e ( ξ +)t
32 Heikki Kallasjoki, 66H, 3/34 Käänteismuunnoksella saadaan ratkaisu u: u(x, t) (π) n R n e ( ξ +)t ĝ(ξ) e ix ξ dξ Lasketaan aputuloksena funktion f : R n R, f(x) e ( x +k), k R Fourier-muunnos: Rn ˆf(ξ) +k) e ix ξ dx e k e x e ix ξ dx Olkoon nyt funktio H(x, t) R n e ( x e kê x (ξ) π n/ e 4 ξ k (pruju, esim..6) «e x 4t +t. Lasketaan sen Fourier-muunnos x:n suhteen: (4πt) n/ «Ĥ(ξ, t) e x 4t +t (ξ) (4πt) n/» e x +t t (ξ) (t 0) (4πt) ( n/ ) n t e ( x +t) ( tξ) ( f( x (4πt) )(ξ) ˆf(aξ), a > 0) n/ a n a π n/ π n/ e 4 tξ t e ( ξ +)t Onnellisen sattuman johdosta saamme siis ratkaisun u muotoon: u(x, t) (π) n R n Ĥ(ξ, t)ĝ(ξ)e ix ξ dξ (yllä laskettu aputulos) (π) n R n Ĥ g(ξ, t)e ix ξ dξ ( f g(ξ) ˆf(ξ) ĝ(ξ)) (H g)(x, t) (käänteismuunnos) Vastaus: Ratkaisuksi u saadaan u(x, t) (H g)(xt) H(x y, t)g(y) dy, R n jossa H(x, t) «x 4t +t e. (4πt) n/
33 Heikki Kallasjoki, 66H, 33/34 Harjoitus 8, tehtävä Tarkastellaan yksiulotteista ongelmaa missä g : R R, u u 0, kun (x, t) R (0, ), t x u g, kun (x, t) R {t 0}, u t g(x) 0, kun (x, t) R {t 0}, { x, kun 0 x, 0, muuten. Kohta (a) Johda d Alembertin kaavan avulla ratkaisukaava u(x, t):lle. Yleisessä tapauksessa, jossa u t u(x, t) (x, 0) h(x), d Alembertin kaavan mukaan saadaan g(x + t) + g(x t) + x+t x t h(y) dy. Tehtävän ongelmassa h(x) 0, joten ratkaisuksi jää yksinkertaisesti: u(x, t) g(x + t) + g(x t) Kohta (b) Piirrä ratkaisun kuvaaja hetkillä t, t ja t 3. u(x, ) u(x, ) u(x, 3) g(x + ) + g(x ) g(x + ) + g(x ) g(x + 3) + g(x 3) ( x )/, kun x ( x )/, kun < x 3 0, muuten. ( x )/, kun x 0 ( 3 x )/, kun x 4 0, muuten. ( x )/, kun 3 x ( 4 x )/, kun 3 x 5 0, muuten.
34 Heikki Kallasjoki, 66H, 34/ t t t Kuva : Harjoitus 8, tehtävä, kohta (b): ratkaisun u(x, t) kuvaaja hetkillä t, t, t 3
MS-C1350 Osittaisdifferentiaaliyhtälöt Harjoitukset 5, syksy Mallivastaukset
MS-C350 Osittaisdifferentiaaliyhtälöt Haroitukset 5, syksy 207. Oletetaan, että a > 0 a funktio u on yhtälön u a u = 0 ratkaisu. a Osoita, että funktio vx, t = u x, t toteuttaa yhtälön a v = 0. b Osoita,
LisätiedotMatematiikan ja tilastotieteen laitos Reaalianalyysi I Harjoitus Malliratkaisut (Sauli Lindberg)
Matematiikan ja tilastotieteen laitos Reaalianalyysi I Harjoitus 4 9.4.-23.4.200 Malliratkaisut (Sauli Lindberg). Näytä, että Lusinin lauseessa voidaan luopua oletuksesta m(a)
LisätiedotKirjoita jokaiseen koepaperiin nimesi, opiskelijanumerosi ym. tiedot! Laskin (yo-kirjoituksissa hyväksytty) on sallittu apuväline tässä kokeessa!
Aalto yliopiston teknillinen korkeakoulu Mat-1.1040 L4 Tentti ja välikokeiden uusinta 21.5.2010 Gripenberg, Arponen, Siljander Kirjoita jokaiseen koepaperiin nimesi, opiskelijanumerosi ym. tiedot! Laskin
Lisätiedoty x1 σ t 1 = c y x 1 σ t 1 = y x 2 σ t 2 y x 2 x 1 y = σ(t 2 t 1 ) x 2 x 1 y t 2 t 1
1. Tarkastellaan funktiota missä σ C ja y (y 1,..., y n ) R n. u : R n R C, u(x, t) e i(y x σt), (a) Miksi funktiota u(x, t) voidaan kutsua tasoaalloksi, jonka aaltorintama on kohtisuorassa vektorin y
LisätiedotMat / Mat Matematiikan peruskurssi C3-I / KP3-I Harjoitus 5 / vko 42, loppuviikko, syksy 2008
Mat-.3 / Mat-.33 Matematiikan peruskurssi C3-I / KP3-I Harjoitus 5 / vko 4, loppuviikko, syksy 8 Ennen malliratkaisuja, muistin virkistämiseksi kaikkien rakastama osittaisintegroinnin kaava: b a u(tv (t
LisätiedotHarjoitus Etsi seuraavien autonomisten yhtälöiden kriittiset pisteet ja tutki niiden stabiliteettia:
Differentiaaliyhtälöt, Kesä 216 Harjoitus 2 1. Etsi seuraavien autonomisten yhtälöiden kriittiset pisteet ja tutki niiden stabiliteettia: (a) y = (2 y) 3, (b) y = (y 1) 2, (c) y = 2y y 2. 2. Etsi seuraavien
LisätiedotIV. TASAINEN SUPPENEMINEN. f(x) = lim. jokaista ε > 0 ja x A kohti n ε,x N s.e. n n
IV. TASAINEN SUPPENEMINEN IV.. Funktiojonon tasainen suppeneminen Olkoon A R joukko ja f n : A R funktio, n =, 2, 3,..., jolloin jokaisella x A muodostuu lukujono f x, f 2 x,.... Jos tämä jono suppenee
LisätiedotOsittaisdifferentiaaliyhtälöt
Osittaisdifferentiaaliyhtälöt Harjoituskokoelmat 4 ja 5, kevät 2011 Palautus Eemeli Blåstenille to 23.6. klo 16.00 mennessä 1. Ratkaise Dirichlet ongelma u(x, y) = 0, x 2 + y 2 < 1, u(x, y) = y + x 2,
Lisätiedot11. Poissonin yhtälö Perusratkaisu. Laplacen yhtälöön liittyvää epähomogeenista osittaisdifferentiaaliyhtälöä
. Poissonin yhtälö.. Perusratkaisu. Laplacen yhtälöön liittyvää epähomogeenista osittaisdifferentiaaliyhtälöä u = f kutsutaan Poissonin yhtälöksi ja siihen liittyvvää reuna-arvotehtävää { u = f :ssa, ja
LisätiedotOletetaan sitten, että γ(i) = η(j). Koska γ ja η ovat Jordan-polku, ne ovat jatkuvia injektiivisiä kuvauksia kompaktilta joukolta, ja määrittävät
HY / Matematiikan ja tilastotieteen laitos Vektorianalyysi II, syksy 18 Harjoitus 6 Ratkaisuehdotukset Tehtävä 1. Osoita, että sileille Jordan-poluille on voimassa : I R n ja : J R n (I) = (J) jos ja vain
LisätiedotDifferentiaali- ja integraalilaskenta 1 Ratkaisut 5. viikolle /
MS-A8 Differentiaali- ja integraalilaskenta, V/7 Differentiaali- ja integraalilaskenta Ratkaisut 5. viikolle / 9..5. Integroimismenetelmät Tehtävä : Laske osittaisintegroinnin avulla a) π x sin(x) dx,
Lisätiedot6. Toisen ja korkeamman kertaluvun lineaariset
SARJAT JA DIFFERENTIAALIYHTÄLÖT 2003 51 6. Toisen ja korkeamman kertaluvun lineaariset differentiaaliyhtälöt Määritelmä 6.1. Olkoon I R avoin väli. Olkoot p i : I R, i = 0, 1, 2,..., n, ja q : I R jatkuvia
LisätiedotNumeeriset menetelmät
Numeeriset menetelmät Luento 13 Ti 18.10.2011 Timo Männikkö Numeeriset menetelmät Syksy 2011 Luento 13 Ti 18.10.2011 p. 1/43 p. 1/43 Nopeat Fourier-muunnokset Fourier-sarja: Jaksollisen funktion esitys
Lisätiedoty (0) = 0 y h (x) = C 1 e 2x +C 2 e x e10x e 3 e8x dx + e x 1 3 e9x dx = e 2x 1 3 e8x 1 8 = 1 24 e10x 1 27 e10x = e 10x e10x
BM0A5830 Differentiaaliyhtälöiden peruskurssi Harjoitus 4, Kevät 017 Päivityksiä: 1. Ratkaise differentiaaliyhtälöt 3y + 4y = 0 ja 3y + 4y = e x.. Ratkaise DY (a) 3y 9y + 6y = e 10x (b) Mikä on edellisen
Lisätiedoty = 3x2 y 2 + sin(2x). x = ex y + e y2 y = ex y + 2xye y2
Matematiikan ja tilastotieteen osasto/hy Differentiaaliyhtälöt I Laskuharjoitus 2 mallit Kevät 219 Tehtävä 1. Laske osittaisderivaatat f x = f/x ja f y = f/, kun f = f(x, y) on funktio a) x 2 y 3 + y sin(2x),
Lisätiedot= ( 1) 2 u tt (x, t) = u tt (x, t)
Harjoitukset 6, syksy 017 1. Osoita, ettei ajan suunnalla ole merkitystä aaltoyhtälössä: Jos u on ratkaisu, niin U(x, t) = u(x, t) on myös ratkaisu (toisin kuin lämpöyhtälön tapauksessa). Todistus. Funktion
LisätiedotFunktion raja-arvo ja jatkuvuus Reaali- ja kompleksifunktiot
3. Funktion raja-arvo ja jatkuvuus 3.1. Reaali- ja kompleksifunktiot 43. Olkoon f monotoninen ja rajoitettu välillä ]a,b[. Todista, että raja-arvot lim + f (x) ja lim x b f (x) ovat olemassa. Todista myös,
Lisätiedotpuolitasossa R 2 x e x2 /(4t). 4πt
8. Lämmönjohtumisyhtälö II 8.1. Lämpöydin. Tarkastellaan lämmönjohtumisyhtälöä reaaliakselilla, t.s. pyritään ratkaisemaan alkuarvotehtävä u (8.1) t u 2 u puolitasossa R 2 x 2 + R (, ), u(x, ) f(x) kaikille
LisätiedotF {f(t)} ˆf(ω) = 1. F { f (n)} = (iω) n F {f}. (11) BM20A5700 - INTEGRAALIMUUNNOKSET Harjoitus 10, viikko 46/2015. Fourier-integraali:
BMA57 - INTEGRAALIMUUNNOKSET Harjoitus, viikko 46/5 Fourier-integraali: f(x) A() π B() π [A() cos x + B() sin x]d, () Fourier-muunnos ja käänteismuunnos: f(t) cos tdt, () f(t) sin tdt. (3) F {f(t)} ˆf()
LisätiedotFourier-analyysi, I/19-20, Mallivastaukset, Laskuharjoitus 7
MS-C14, Fourier-analyysi, I/19- Fourier-analyysi, I/19-, Mallivastaukset, Laskuharjoitus 7 Harjoitustehtävä 7.1. Hetkellä t R olkoon s(t) 1 + cos(4πt) + sin(6πt). Laske tämän 1-periodisen signaalin s Fourier-kertoimet
Lisätiedotpeitteestä voidaan valita äärellinen osapeite). Äärellisen monen nollajoukon yhdiste on nollajoukko.
Esimerkki 4.3.9. a) Piste on nollajoukko. Suoran rajoitetut osajoukot ovat avaruuden R m, m 2, nollajoukkoja. Samoin suorakaiteiden reunat koostuvat suoran kompakteista osajoukoista. b) Joukko = Q m [0,
LisätiedotKompleksianalyysi, viikko 6
Kompleksianalyysi, viikko 6 Jukka Kemppainen Mathematics Division Funktion erikoispisteet Määr. 1 Jos f on analyyttinen pisteen z 0 aidossa ympäristössä 0 < z z 0 < r jollakin r > 0, niin sanotaan, että
Lisätiedote int) dt = 1 ( 2π 1 ) (0 ein0 ein2π
Matematiikan ja tilastotieteen laitos Funktionaalianalyysin peruskurssi Kevät 9) Harjoitus 7 Ratkaisuja Jussi Martin). E Hilbert avaruus L [, π]) ja gt) := t, t [, π]. Määrää funktion g Fourier kertoimet
Lisätiedota) Mikä on integraalifunktio ja miten derivaatta liittyy siihen? Anna esimerkki. 8 3 + 4 2 0 = 16 3 = 3 1 3.
Integraalilaskenta. a) Mikä on integraalifunktio ja miten derivaatta liittyy siihen? Anna esimerkki. b) Mitä määrätty integraali tietyllä välillä x tarkoittaa? Vihje: * Integraali * Määrätyn integraalin
Lisätiedot7. Tasaisen rajoituksen periaate
18 FUNKTIONAALIANALYYSIN PERUSKURSSI 7. Tasaisen rajoituksen periaate Täydellisyydestä puristetaan maksimaalinen hyöty seuraavan Bairen lauseen avulla. Bairen lause on keskeinen todistettaessa kahta funktionaalianalyysin
LisätiedotOsa VI. Fourier analyysi. A.Rasila, J.v.Pfaler () Mat Matematiikan peruskurssi KP3-i 12. lokakuuta / 246
Osa VI Fourier analyysi A.Rasila, J.v.Pfaler () Mat-1.1331 Matematiikan peruskurssi KP3-i 12. lokakuuta 2007 127 / 246 1 Johdanto 2 Fourier-sarja 3 Diskreetti Fourier muunnos A.Rasila, J.v.Pfaler () Mat-1.1331
Lisätiedote ax, kun x > 0 f(x) = 0, kun x < 0, 0, kun x > 0 e ax, kun x < 0 e (a iω)x dx = a+iω = 1 a 2 +ω 2. e ax, x > 0 e ax, x < 0,
Harjoitus 5 1. Olkoot a > 0. Laske vaimenevan pulssin e ax, kun x > 0 fx) = 0, kun x < 0, ja voimistuvan pulssin gx) = konvoluution g f Fourier-muunnos. 0, kun x > 0 e ax, kun x < 0 apa 1: Konvoluution
Lisätiedotr > y x z x = z y + y x z y + y x = r y x + y x = r
HY / Matematiikan ja tilastotieteen laitos Vektorianalyysi I, syksy 018 Harjoitus Ratkaisuehdotukset Tehtävä 1. Osoita, että avoin kuula on avoin joukko ja suljettu kuula on suljettu joukko. Ratkaisu.
LisätiedotJYVÄSKYLÄN YLIOPISTO. Integraalilaskenta 2 Harjoitus Olkoon A := {(x, y) R 2 0 x π, sin x y 2 sin x}. Laske käyräintegraali
JYVÄSKYLÄN YLIOPISTO MTEMTIIKN J TILSTOTIETEEN LITOS Integraalilaskenta Harjoitus 4 5.4.4. Olkoon := {(x, y) R x π, sin x y sin x}. Laske käyräintegraali + (y dx + x dy) a) suoraan; ja b) Greenin lauseen
LisätiedotMATEMATIIKAN PERUSKURSSI II
MTEMTIIKN PERUKURI II Harjoitustehtäviä kevät 26. Tutki, suppenevatko seuraavat lukujonot: a) d) ( 9k 7 ) 3k + 2 4k 2, b) 5k + 7 k (4x + ) 3 dx, e) ( 2 ln(k 3 ) k 3e k ), c) cos(3πx) dx, f) k 3 9x 2 +
LisätiedotMatematiikan tukikurssi
Matematiikan tukikurssi Kertausluento 2. välikokeeseen Toisessa välikokeessa on syytä osata ainakin seuraavat asiat:. Potenssisarjojen suppenemissäde, suppenemisväli ja suppenemisjoukko. 2. Derivaatan
LisätiedotOrtogonaaliprojektio äärellisulotteiselle aliavaruudelle
Ortogonaaliprojektio äärellisulotteiselle aliavaruudelle Olkoon X sisätuloavaruus ja Y X äärellisulotteinen aliavaruus. Tällöin on olemassa lineaarisesti riippumattomat vektorit y 1, y 2,..., yn, jotka
LisätiedotKuva 1: Funktion f tasa-arvokäyriä. Ratkaisu. Suurin kasvunopeus on gradientin suuntaan. 6x 0,2
HY / Matematiikan ja tilastotieteen laitos Vektorianalyysi I, syksy 018 Harjoitus Ratkaisuehdotukset Tehtävä 1. Olkoon f : R R f(x 1, x ) = x 1 + x Olkoon C R. Määritä tasa-arvojoukko Sf(C) = {(x 1, x
LisätiedotMS-A0207 Differentiaali- ja integraalilaskenta 2 (Chem) Tentti ja välikokeiden uusinta
MS-A0207 Differentiaali- ja integraalilaskenta 2 (Chem) Tentti ja välikokeiden uusinta 8..206 Gripenberg, Nieminen, Ojanen, Tiilikainen, Weckman Kirjoita jokaiseen koepaperiin nimesi, opiskelijanumerosi
LisätiedotLaplace-muunnos: määritelmä
Laplace-muunnos: määritelmä Olkoon f : [, [ R funktio. Funktion f Laplacen muunnos määritellään yhtälöllä F(s) = L(f) := f(t)e st dt edellyttäen, että integraali f(t)e st dt suppenee. Riittävä ehto integraalin
Lisätiedot13. Ratkaisu. Kirjoitetaan tehtävän DY hieman eri muodossa: = 1 + y x + ( y ) 2 (y )
MATEMATIIKAN JA TILASTOTIETEEN LAITOS Differentiaaliyhtälöt, kesä 00 Tehtävät 3-8 / Ratkaisuehdotuksia (RT).6.00 3. Ratkaisu. Kirjoitetaan tehtävän DY hieman eri muodossa: y = + y + y = + y + ( y ) (y
LisätiedotYhteenveto Fourier-numeriikan luennoista
March 25, 21 versio 1.1 1 Yhteenveto Fourier-numeriikan luennoista 19.3.-25.3.21 Fourier-sarja f paloittain jatkuva funktio [, L]. Kosinisarja: jossa Sinisarja: jossa Esimerkki 1. Funktion sinisarja on
LisätiedotKurssikoe on maanantaina Muista ilmoittautua kokeeseen viimeistään 10 päivää ennen koetta! Ilmoittautumisohjeet löytyvät kurssin kotisivuilla.
HY / Avoin ylioisto Johdatus yliopistomatematiikkaan, kesä 05 Harjoitus 6 Ratkaisut palautettava viimeistään tiistaina.6.05 klo 6.5. Huom! Luennot ovat salissa CK maanantaista 5.6. lähtien. Kurssikoe on
LisätiedotMS-A0305 Differentiaali- ja integraalilaskenta 3 Luento 8: Divergenssi ja roottori. Gaussin divergenssilause.
MS-A0305 Differentiaali- ja integraalilaskenta 3 Luento 8: Divergenssi ja roottori. Gaussin divergenssilause. Antti Rasila Aalto-yliopisto Syksy 2015 Antti Rasila (Aalto-yliopisto) MS-A0305 Syksy 2015
Lisätiedot2. Fourier-sarjoista. Aaltoliikkeen ja lämmöjohtumisen matemaattinen tarkastelu
2. Fourier-sarjoista Fourier-analyysi: Aaltoliikkeen ja lämmöjohtumisen matemaattinen tarkastelu Matemaattisen analyysin täkein työväline "Jokainen funktio" voidaan esittää harmonisten värähtelyjen, so.
LisätiedotMATP153 Approbatur 1B Ohjaus 2 Keskiviikko torstai
MATP15 Approbatur 1B Ohjaus Keskiviikko 4.11. torstai 5.11.015 1. (Opiskeluteht. 6 s. 0.) Määritä sellainen vakio a, että polynomilla x + (a 1)x 4x a on juurena luku x = 1. Mitkä ovat tällöin muut juuret?.
LisätiedotMatemaattinen Analyysi
Vaasan yliopisto, 009-010 / ORMS1010 Matemaattinen Analyysi 7 harjoitus 1 Määritä seuraavien potenssisarjojen suppenemissäteet a) k k x 5)k b) k=1 k x 5)k = k k 1) k ) 1) Suppenemissäteen R käänteisarvo
LisätiedotHY, MTO / Matemaattisten tieteiden kandiohjelma Todennäköisyyslaskenta IIa, syksy 2018 Harjoitus 3 Ratkaisuehdotuksia.
HY, MTO / Matemaattisten tieteiden kandiohjelma Todennäköisyyslaskenta IIa, syksy 8 Harjoitus Ratkaisuehdotuksia Tehtäväsarja I. Mitkä seuraavista funktioista F, F, F ja F 4 ovat kertymäfunktioita? Mitkä
Lisätiedot( ds ) A (2) ψ ξ dv + ψ 2 ξ dv = ψ 2 ξ ξ 2 ψ ) V
Kenttäteorian matemaattisia apuneuvoja 4..7. Gaussin ja Stokesin lauseet V S ds A = dl A = V S A dv, =, tai ) ds ) A ). Greenin kaavat I : II : 3. Diracin deltafunktio 4. Vektorilaskentaa V V ψ ξ dv +
Lisätiedot(0 desimaalia, 2 merkitsevää numeroa).
NUMEERISET MENETELMÄT DEMOVASTAUKSET SYKSY 20.. (a) Absoluuttinen virhe: ε x x ˆx /7 0.4 /7 4/00 /700 0.004286. Suhteellinen virhe: ρ x x ˆx x /700 /7 /00 0.00 0.%. (b) Kahden desimaalin tarkkuus x ˆx
LisätiedotMat Matematiikan peruskurssi L4, osa II, todistuksia ym
Mat-.4 Matematiikan peruskurssi L4, osa II, todistuksia ym G. Gripenberg Aalto-yliopisto 4. maaliskuuta 2 G. Gripenberg Aalto-yliopisto L4, osa II, todistuksia ym. 4. maaliskuuta 2 / 68 Poissonin yhtälö...................
LisätiedotMATEMATIIKAN PERUSKURSSI II
MTEMTIIKN PERUKURI II Harjoitustehtäviä kevät 17 1. Tutki, suppenevatko seuraavat lukujonot: a) d) ( k ) + 5 k, b) k 1 x 5 dx, e) ( ln(k + 1) k ), c) k 1 cos(πx) dx, f) k e x dx, 1 k e k k kx dx.. Olkoon
LisätiedotSeuraava topologisluonteinen lause on nk. Bairen lause tai Bairen kategorialause, n=1
FUNKTIONAALIANALYYSIN PERUSKURSSI 115 7. Tasaisen rajoituksen periaate Täydellisyydestä puristetaan maksimaalinen hyöty seuraavan Bairen lauseen avulla. Bairen lause on keskeinen todistettaessa kahta funktionaalianalyysin
LisätiedotFourier-sarjat ja -muunnos
24. marraskuuta 2016 Jaksolliset funktiot, trigonometriset sarjat, parilliset ja p Jaksolliset funktiot Funktio f : R R on jaksollinen, jos on olemassa p > 0 siten, että f (x + p) = f (x) kaikilla x R
LisätiedotMS-A0207 Differentiaali- ja integraalilaskenta 2 (Chem) Esimerkkejä ym., osa I
Usean muuttujan funktiot MS-A7 Differentiaali- ja integraalilaskenta (Chem) Esimerkkejä ym., osa I G. Gripenberg Aalto-yliopisto Raja-arvot 3 Jatkuvat funktiot 4 Osittaisderivaatat 5 Derivaatta eli gradientti.
Lisätiedotx n e x dx = n( e x ) nx n 1 ( e x ) = x n e x + ni n 1 x 4 e x dx = x 4 e x +4( x 3 e x +3( x 2 e x +2( xe x e x ))) = e x
Osittaisintegrointia käyttäen osoita integraalille I n x n e x dx oikeaksi reduktiokaava I n x n e x + ni n ja laske sen avulla mitä on I 4 kun x. x n e x dx n( e x ) nx n ( e x ) x n e x + ni n x 4 e
LisätiedotMat Matematiikan peruskurssi L4, osa II
Mat-.040 Matematiikan peruskurssi L4, osa II G. Gripenberg Aalto-yliopisto 26. maaliskuuta 200 G. Gripenberg (Aalto-yliopisto) L4, osa II 26. maaliskuuta 200 / 70 Poissonin yhtälö................... 4
LisätiedotMS-A0207 Differentiaali- ja integraalilaskenta 2 (Chem) Esimerkkejä ym., osa I
MS-A0207 Differentiaali- ja integraalilaskenta 2 (Chem) Esimerkkejä ym., osa I G. Gripenberg Aalto-yliopisto 21. tammikuuta 2016 G. Gripenberg (Aalto-yliopisto) MS-A0207 Differentiaali- ja integraalilaskenta
LisätiedotMS-A0107 Differentiaali- ja integraalilaskenta 1 (CHEM)
MS-A17 Differentiaali- ja integraalilaskenta 1 CHEM) Laskuharjoitus 4lv, kevät 16 1. Tehtävä: Laske cos x dx a) osittaisintegroinnilla, b) soveltamalla sopivaa trigonometrian kaavaa. Ratkaisu: a) Osittaisintegroinnin
LisätiedotMS-C1420 Fourier-analyysi osa I
MS-C142 Fourier-analyysi osa I G. Gripenberg Aalto-yliopisto 29. tammikuuta 214 G. Gripenberg (Aalto-yliopisto) MS-C142 Fourier-analyysiosa I 29. tammikuuta 214 1 / 3 1 Johdanto 2 Fourier-integraali Fourier-muunnos
Lisätiedotu = 2 u (9.1) x + 2 u
9. Poissonin integraali 9.. Poissonin integraali. Ratkaistaan Diriclet n reuna-arvotehtävä origokeskisessä, R-säteisessä ympyrässä D = {(x, y) R x +y < R }, t.s. kun f : D R on annettu jatkuva funktio,
LisätiedotHarjoitus 1. Tehtävä 1. Malliratkaisut. f(t) = e (t α) cos(ω 0 t + β) L[f(t)] = f(t)e st dt = e st t+α cos(ω 0 t + β)dt.
Harjoitus Malliratkaisut Tehtävä L[f(t)] ˆ f(t) e (t α) cos(ω t + β) f(t)e st dt ˆ e st t+α cos(ω t + β)dt cos(ω t + β) 2 (ej(ωt+β) + e j(ωt+β) ) L[f(t)] 2 eα 2 ˆ ˆ e st t+α (e j(ω t+β) + e j(ω t+β) )
LisätiedotNumeeriset menetelmät TIEA381. Luento 13. Kirsi Valjus. Jyväskylän yliopisto. Luento 13 () Numeeriset menetelmät / 42
Numeeriset menetelmät TIEA381 Luento 13 Kirsi Valjus Jyväskylän yliopisto Luento 13 () Numeeriset menetelmät 8.5.2013 1 / 42 Luennon 13 sisältö Tavallisten differentiaaliyhtälöiden numeriikasta Moniaskelmenetelmien
LisätiedotAnalyysi 1. Harjoituksia lukuihin 4 7 / Syksy Tutki funktion f(x) = x 2 + x 2 jatkuvuutta pisteissä x = 0 ja x = 1.
Analyysi 1 Harjoituksia lukuihin 4 7 / Syksy 014 1. Tutki funktion x + x jatkuvuutta pisteissä x = 0 ja x = 1.. Määritä vakiot a ja b siten, että funktio a x cos x + b x + b sin x, kun x 0, x 4, kun x
LisätiedotFunktiojonot ja funktiotermiset sarjat Funktiojono ja funktioterminen sarja Pisteittäinen ja tasainen suppeneminen
4. Funktiojonot ja funktiotermiset sarjat 4.1. Funktiojono ja funktioterminen sarja 60. Tutki, millä muuttujan R arvoilla funktiojono f k suppenee, kun Mikä on rajafunktio? a) f k () = 2k 2k + 1, b) f
LisätiedotSatunnaismuuttujien muunnokset ja niiden jakaumat
Ilkka Mellin Todennäköisyyslaskenta Osa 2: Satunnaismuuttujat ja todennäköisyysjakaumat Satunnaismuuttujien muunnokset ja niiden jakaumat TKK (c) Ilkka Mellin (2007) 1 Satunnaismuuttujien muunnokset ja
LisätiedotMellin-muunnos ja sen sovelluksia
Mellin-muunnos ja sen sovelluksia LuK-tutkielma Eetu Leinonen 25645 Matemaattisten tieteiden laitos Oulun yliopisto Kevät 28 Sisältö Johdanto 2 Esitiedot 2 2 Mellin-muunnos 3 2. Muunnoksen perusominaisuuksia................
LisätiedotMS-A0204 Differentiaali- ja integraalilaskenta 2 (ELEC2) Luento 9: Muuttujanvaihto taso- ja avaruusintegraaleissa
MS-A24 Differentiaali- ja integraalilaskenta 2 (ELEC2) Luento 9: Muuttujanvaihto taso- ja avaruusintegraaleissa Antti Rasila Matematiikan ja systeemianalyysin laitos Aalto-yliopisto Kevät 216 Antti Rasila
Lisätiedotu(0, t) = 0 kaikille t > 0: lämpötila pidetään vakiona pisteessä x = 0;
3. Lämmönjohtumisyhtälö I Yksiulotteisessa lämmönjohtumisyhtälössä u t = u γ x tuntematon funktio u = u(x, t) kuvaa lämpötilaa yksiulotteisen kappaleen (ohut sauva; x-akseli) kohdassa x hetkellä t. Kun
LisätiedotAnalyysi III. Jari Taskinen. 28. syyskuuta Luku 1
Analyysi III Jari Taskinen 28. syyskuuta 2002 Luku Sisältö Sarjat 2. Lukujonoista........................... 2.2 Rekursiivisesti määritellyt lukujonot.............. 8.3 Sarja ja sen suppenminen....................
Lisätiedot8. Avoimen kuvauksen lause
116 FUNKTIONAALIANALYYSIN PERUSKURSSI 8. Avoimen kuvauksen lause Palautamme aluksi mieleen Topologian kursseilta ehkä tutut perusasiat yleisestä avoimen kuvauksen käsitteestä. Määrittelemme ensin avoimen
LisätiedotIntegroimistekniikkaa Integraalifunktio
. Integroimistekniikkaa.. Integraalifunktio 388. Vertaa funktioiden ln ja ln, b) arctan ja arctan + k k, c) ln( + 2 ja ln( 2, missä a >, derivaattoja toisiinsa. Tutki funktioiden erotusta muuttujan eri
Lisätiedotf(tx + (1 t)y) tf(x) + (1 t)f(y) jokaisella x, y A ja t [0, 1].
Tässä luvussa näytetään divergenssilause konveksin joukon tapauksessa. Määritelmä 4.5.1. 1. Joukko R m on konveksi, jos kaikilla x, y pisteet tx + (1 t)y jokaisella t [0, 1]. 2. Olkoon R m konveksi. Funktio
LisätiedotMS-C1420 Fourier-analyysi osa I
1 Johdanto MS-C142 Fourier-analyysi osa I G Gripenberg 2 Fourier-integraali Fourier-muunnos ja derivaatta Konvoluutio Fourier-käänteismuunnos eliöintegroituvat funktiot Aalto-yliopisto 29 tammikuuta 214
LisätiedotMATEMATIIKAN JA TILASTOTIETEEN LAITOS
f ( n) JYVÄSKYLÄN YLIOPISTO MATEMATIIKAN JA TILASTOTIETEEN LAITOS n Funktionaalianalyysi Ei harjoituksia 1.4.2015 Funktionaalista viihdettä pääsiäistauolle: viikolla 14 (ma 30.3., ti 31.3. ja ke 1.4.)
LisätiedotDIFFERENTIAALI- JA INTEGRAALILASKENTA I.1. Ritva Hurri-Syrjänen/Syksy 1999/Luennot 6. FUNKTION JATKUVUUS
DIFFERENTIAALI- JA INTEGRAALILASKENTA I.1 Ritva Hurri-Syrjänen/Syksy 1999/Luennot 6. FUNKTION JATKUVUUS Huomautus. Analyysin yksi keskeisimmistä käsitteistä on jatkuvuus! Olkoon A R mielivaltainen joukko
LisätiedotHY / Avoin yliopisto Johdatus yliopistomatematiikkaan, kesä 2015 Harjoitus 5 Ratkaisuehdotuksia
HY / Avoin yliopisto Johdatus yliopistomatematiikkaan, kesä 015 Harjoitus 5 Ratkaisuehdotuksia Tehtäväsarja I Seuraavissa tehtävissä harjoitellaan väitteiden todistamista tai kumoamista vastaesimerkin
LisätiedotMS-C1420 Fourier-analyysi osa I
MS-C1420 Fourier-analyysi osa I G. Gripenberg Aalto-yliopisto 29. tammikuuta 2014 G. Gripenberg (Aalto-yliopisto) MS-C1420 Fourier-analyysiosa I 29. tammikuuta 2014 1 / 29 Fourier-muunnoksia Jatkuva-aikaisen
Lisätiedot= vakio = λ. V (x) V (0) = V (l) = 0.
6. Aatoyhtäö I 6.1. Ratkaisu Fourier-sarjojen avua. Oetetaan, että värähteevän angan muodon hetkeä t = määrää funktio u ja nopeuden funktio u 1. Otetaan tehtäväksi määrätä seuraavan akuarvo- reuna-arvotehtävän
Lisätiedotx 4 e 2x dx Γ(r) = x r 1 e x dx (1)
HY / Matematiikan ja tilastotieteen laitos Todennäköisyyslaskenta IIA, syksy 217 217 Harjoitus 6 Ratkaisuehdotuksia Tehtäväsarja I 1. Laske numeeriset arvot seuraaville integraaleille: x 4 e 2x dx ja 1
LisätiedotLuento 3: Liikkeen kuvausta, differentiaaliyhtälöt
Luento 3: Liikkeen kuvausta, differentiaaliyhtälöt Suoraviivainen liike integrointi Digress: vakio- vs. muuttuva kiihtyvyys käytännössä Kinematiikkaa yhdessä dimensiossa taustatietoa ELEC-A3110 Mekaniikka
LisätiedotAlgebra I, harjoitus 5,
Algebra I, harjoitus 5, 7.-8.10.2014. 1. 2 Osoita väitteet oikeiksi tai vääriksi. a) (R, ) on ryhmä, kun asetetaan a b = 2(a + b) aina, kun a, b R. (Tässä + on reaalilukujen tavallinen yhteenlasku.) b)
LisätiedotRatkaisu: Tutkitaan derivoituvuutta Cauchy-Riemannin yhtälöillä: f(x, y) = u(x, y) + iv(x, y) = 2x + ixy 2. 2 = 2xy xy = 1
1. Selvitä missä tason pisteissä annetut funktiot ovat derivoituvia/analyyttisiä. Määrää funktion derivaatta niissä pisteissä, joissa se on olemassa. (a) (x, y) 2x + ixy 2 (b) (x, y) cos x cosh y i sin
Lisätiedot3 = Lisäksi z(4, 9) = = 21, joten kysytty lineaarinen approksimaatio on. L(x,y) =
BM20A5810 Differentiaalilaskenta ja sovellukset Harjoitus 6, Syksy 2016 1. (a) Olkoon z = z(x,y) = yx 1/2 + y 1/2. Muodosta z:lle lineaarinen approksimaatio L(x,y) siten että approksimaation ja z:n arvot
LisätiedotMATP153 Approbatur 1B Harjoitus 5 Maanantai
MATP153 Approbatur 1B Harjoitus 5 Maanantai 30.11.015 1. (Opiskelutet. 0 s. 81.) Selvitä, miten lauseke sin(4x 3 + cos x ) muodostuu perusfunktioista (polynomeista, trigonometrisistä funktioista jne).
LisätiedotTehtävänanto oli ratkaista seuraavat määrätyt integraalit: b) 0 e x + 1
Tehtävä : Tehtävänanto oli ratkaista seuraavat määrätyt integraalit: a) a) x b) e x + Integraali voisi ratketa muuttujanvaihdolla. Integroitava on muotoa (a x ) n joten sopiva muuttujanvaihto voisi olla
LisätiedotMS-C1420 Fourier-analyysi Esimerkkejä, perusteluja, osa I
MS-C140 Fourier-analyysi Esimerkkejä, perusteluja, osa I G. Gripenberg Aalto-yliopisto 3. tammikuuta 014 G. Gripenberg (Aalto-yliopisto MS-C140 Fourier-analyysiEsimerkkejä, perusteluja, osa3. I tammikuuta
LisätiedotMS-C1420 Fourier-analyysi Esimerkkejä, perusteluja, osa I
MS-C14 Fourier-analyysi Esimerkkejä, perusteluja, osa I G. Gripenberg Aalto-yliopisto 3. tammikuuta 14 G. Gripenberg (Aalto-yliopisto MS-C14 Fourier-analyysiEsimerkkejä, perusteluja, osa3. I tammikuuta
LisätiedotLUKU 7. Perusmuodot Ensimmäinen perusmuoto. Funktiot E, F ja G ovat tilkun ϕ ensimmäisen perusmuodon kertoimet ja neliömuoto
LUKU 7 Perusmuodot 7 Ensimmäinen perusmuoto Määritelmä 7 Olkoon ϕ: U R 3 tilkku Määritellään funktiot E, F, G: U R asettamalla (7) E := ϕ ϕ, F := ϕ, G := ϕ u u u u Funktiot E, F G ovat tilkun ϕ ensimmäisen
LisätiedotTopologia I Harjoitus 6, kevät 2010 Ratkaisuehdotus
Topologia I Harjoitus 6, kevät 2010 Ratkaisuehdotus 1. (5:7) Olkoon E normiavaruus, I = [0, 1] ja f, g : I E jatkuvia. Osoita, että yhtälön h(s, t) = (1 t)f(s) + tg(s) määrittelemä kuvaus h : I 2 E on
LisätiedotKOMPLEKSIANALYYSI I KURSSI SYKSY 2012
KOMPLEKSIANALYYSI I KURSSI SYKSY 212 RITVA HURRI-SYRJÄNEN 6.1. Poluista. 6. Kompleksinen integrointi Olkoon [α, β] suljettu reaaliakselin väli, α < β, ja olkoon A kompleksitason avoin joukko. Polku on
LisätiedotJohdatus todennäköisyyslaskentaan Satunnaismuuttujien muunnokset ja niiden jakaumat. TKK (c) Ilkka Mellin (2004) 1
Johdatus todennäköisyyslaskentaan Satunnaismuuttujien muunnokset ja niiden jakaumat TKK (c) Ilkka Mellin (2004) 1 Satunnaismuuttujien muunnokset ja niiden jakaumat Satunnaismuuttujien muunnosten jakaumat
LisätiedotMatematiikan peruskurssi 2
Matematiikan peruskurssi Demonstraatiot III, 4.5..06. Mikä on funktion f suurin mahdollinen määrittelyjoukko, kun f(x) x? Mikä on silloin f:n arvojoukko? Etsi f:n käänteisfunktio f ja tarkista, että löytämäsi
Lisätiedot8 Potenssisarjoista. 8.1 Määritelmä. Olkoot a 0, a 1, a 2,... reaalisia vakioita ja c R. Määritelmä 8.1. Muotoa
8 Potenssisarjoista 8. Määritelmä Olkoot a 0, a, a 2,... reaalisia vakioita ja c R. Määritelmä 8.. Muotoa a 0 + a (x c) + a 2 (x c) 2 + olevaa sarjaa sanotaan c-keskiseksi potenssisarjaksi. Selvästi jokainen
LisätiedotMATEMATIIKAN JA TILASTOTIETEEN LAITOS Analyysi I Harjoitus alkavalle viikolle Ratkaisuehdotuksia (7 sivua) (S.M)
MATEMATIIKAN JA TILASTOTIETEEN LAITOS Analyysi I Harjoitus 7. 2. 2009 alkavalle viikolle Ratkaisuehdotuksia (7 sivua) (S.M) Luennoilla on nyt menossa vaihe, missä Hurri-Syrjäsen monistetta käyttäen tutustutaan
Lisätiedot13. Taylorin polynomi; funktioiden approksimoinnista. Muodosta viidennen asteen Taylorin polynomi kehityskeskuksena origo funktiolle
13. Taylorin polynomi; funktioiden approksimoinnista 13.1. Taylorin polynomi 552. Muodosta funktion f (x) = x 4 + 3x 3 + x 2 + 2x + 8 kaikki Taylorin polynomit T k (x, 2), k = 0,1,2,... (jolloin siis potenssien
Lisätiedot= X s + IE[X t X s ] = 0, s ja sitä, että ehdollinen odotusarvo on tavallinen odotusarvo silloin, kun satunnaismuuttuja
44 E. VALKEILA 6. Geometrinen Brownin liike 6.1. Brownin liike ja Iton kaava. Tavoitteena on mallintaa osakkeen tuottoa jatkuvassa ajassa. Jos (S t ) t T on osakkeen hintaprosessi, niin tuotolla tarkoitetaan
Lisätiedotsin(x2 + y 2 ) x 2 + y 2
HY / Matematiikan ja tilastotieteen laitos Vektorianalyysi I, syksy 2017 Harjoitus 2 Ratkaisuedotukset 2.1. Tutki funktion g : R 2 R, g(0, 0) = 0, jatkuvuutta. g(x, y) = sin(x2 + y 2 ) x 2 + y 2, kun (x,
Lisätiedot0 kun x < 0, 1/3 kun 0 x < 1/4, 7/11 kun 1/4 x < 6/7, 1 kun x 1, 1 kun x 6/7,
HY / Matematiikan ja tilastotieteen laitos Todennäköisyyslaskenta II, syksy 07 Harjoitus Ratkaisuehdotuksia Tehtäväsarja I. Mitkä seuraavista funktioista F, F, F ja F 4 ovat kertymäfunktioita? Mitkä niistä
LisätiedotPoissonin yhtälö ja Greenin funktio
Poissonin yhtälö ja Greenin funktio Ipa Puustinen Matematiikan pro gradu Jyväskylän yliopisto Matematiikan ja tilastotieteen laitos Kevät 209 Tiivistelmä: Ipa Puustinen, Poissonin yhtälö ja Greenin funktio
LisätiedotMS-A0205/MS-A0206 Differentiaali- ja integraalilaskenta 2 Luento 10: Napa-, sylinteri- ja pallokoordinaatistot. Pintaintegraali.
MS-A25/MS-A26 Differentiaali- ja integraalilaskenta 2 Luento 1: Napa-, sylinteri- ja pallokoordinaatistot. Pintaintegraali. Jarmo Malinen Matematiikan ja systeemianalyysin laitos 1 Aalto-yliopisto Kevät
LisätiedotMatematiikan tukikurssi: kurssikerta 12
Matematiikan tukikurssi: kurssikerta 2 Tenttiin valmentavia harjoituksia Huomio. Tähän tulee lisää ratkaisuja sitä mukaan kun ehin niitä kirjoittaa. Kurssilla käyään läpi tehtävistä niin monta kuin mahollista.
LisätiedotRatkaisu: (i) Joukko A X on avoin jos kaikilla x A on olemassa r > 0 siten että B(x, r) A. Joukko B X on suljettu jos komplementti B c on avoin.
Matematiikan ja tilastotieteen laitos Topologia I 1. kurssikoe 26.2.2013 Malliratkaisut ja tehtävien tarkastamiset Tehtävät 1 ja 2 Henrik Wirzenius Tehtävät 3 ja 4 Teemu Saksala Jos sinulla on kysyttävää
LisätiedotÄärettömät raja-arvot
Äärettömät raja-arvot Määritelmä Funktion f oikeanpuoleinen raja-arvo pisteessä x 0 on + mikäli kaikilla R > 0 löytyy sellainen δ > 0 että f (x) > R aina kun x 0 < x < x 0 + δ. Funktion f oikeanpuoleinen
LisätiedotMat Matematiikan peruskurssi K2
Mat-.3 Matematiikan peruskurssi K Heikkinen/Tikanmäki Kolmas välikoe 6.5. Kokeessa saa käyttää ylioppilaskirjoituksiin hyväksyttyä laskinta. Sivun kääntöpuolelta löytyy integrointikaavoja.. Olkoon F(x,
Lisätiedot