Differentiaali- ja integraalilaskenta 2 (CHEM) MS-A0207 Hakula/Vuojamo Kurssitentti, 12.2, 2018, arvosteluperusteet

Samankaltaiset tiedostot
Aalto-yliopiston perustieteiden korkeakoulu Matematiikan ja systeemianalyysin laitos. MS-A0203 Differentiaali- ja integraalilaskenta 2, kevät 2016

MS-A0204 Differentiaali- ja integraalilaskenta 2 (ELEC2) Luento 6: Ääriarvojen luokittelu. Lagrangen kertojat.

MS-A0207 Differentiaali- ja integraalilaskenta 2 (Chem) Tentti ja välikokeiden uusinta

Kuva 1: Funktion f tasa-arvokäyriä. Ratkaisu. Suurin kasvunopeus on gradientin suuntaan. 6x 0,2

= 2±i2 7. x 2 = 0, 1 x 2 = 0, 1+x 2 = 0.

Vektorilaskenta, tentti

Differentiaali- ja integraalilaskenta 2 Laskuharjoitus 4 / vko 40

MS-A0205/MS-A0206 Differentiaali- ja integraalilaskenta 2 Luento 8: Newtonin iteraatio. Taso- ja avaruusintegraalit

Tilavuus puolestaan voidaan esittää funktiona V : (0, ) (0, ) R,

Diplomi-insinööri- ja arkkitehtikoulutuksen yhteisvalinta 2017 Insinöörivalinnan matematiikan koe , Ratkaisut (Sarja A)

Differentiaali- ja integraalilaskenta 3 Mallit laskuharjoitukseen 3 /

Vanhoja koetehtäviä. Analyyttinen geometria 2016

, on säännöllinen 2-ulotteinen pinta. Määrää T x0 pisteessä x 0 = (0, 1, 1).

Pisteessä (1,2,0) osittaisderivaatoilla on arvot 4,1 ja 1. Täten f(1, 2, 0) = 4i + j + k. b) Mihin suuntaan pallo lähtee vierimään kohdasta

Differentiaali- ja integraalilaskenta 3 Ratkaisut viikko 3

Tekijä Pitkä matematiikka Pisteen (x, y) etäisyys pisteestä (0, 2) on ( x 0) Pisteen (x, y) etäisyys x-akselista, eli suorasta y = 0 on y.

2 Pistejoukko koordinaatistossa

Differentiaali- ja integraalilaskenta 1 Ratkaisut 5. viikolle /

12. Hessen matriisi. Ääriarvoteoriaa

Derivaatan sovellukset (ääriarvotehtävät ym.)

Matematiikka B3 - Avoin yliopisto

Matematiikan tukikurssi

Antti Rasila. Kevät Matematiikan ja systeemianalyysin laitos Aalto-yliopisto. Antti Rasila (Aalto-yliopisto) MS-A0204 Kevät / 16

Tekijä Pitkä matematiikka

MS-A0205/MS-A0206 Differentiaali- ja integraalilaskenta 2 Luento 6: Ääriarvojen luokittelu. Lagrangen kertojat.

Ratkaisu: Tutkitaan derivoituvuutta Cauchy-Riemannin yhtälöillä: f(x, y) = u(x, y) + iv(x, y) = 2x + ixy 2. 2 = 2xy xy = 1

MS-A0305 Differentiaali- ja integraalilaskenta 3 Luento 1: Moniulotteiset integraalit

A-osa. Ratkaise kaikki tämän osan tehtävät. Tehtävät arvostellaan pistein 0-6. Taulukkokirjaa saa käyttää apuna, laskinta ei.

Vektorianalyysi II (MAT21020), syksy 2018

a) Mikä on integraalifunktio ja miten derivaatta liittyy siihen? Anna esimerkki = 16 3 =

Integrointi ja sovellukset

y=-3x+2 y=2x-3 y=3x+2 x = = 6

Tekijä Pitkä matematiikka a) Ratkaistaan nimittäjien nollakohdat. ja x = 0. x 1= Funktion f määrittelyehto on x 1 ja x 0.

Matematiikka B1 - TUDI

Näihin harjoitustehtäviin liittyvä teoria löytyy Adamsista: Ad6, Ad5, 4: 12.8, ; Ad3: 13.8,

Matematiikan peruskurssi (MATY020) Harjoitus 10 to

Matematiikan perusteet taloustieteilijöille II Harjoituksia kevät ja B = Olkoon A = a) A + B b) AB c) BA d) A 2 e) A T f) A T B g) 3A

Matematiikka B1 - avoin yliopisto

Oletetaan ensin, että tangenttitaso on olemassa. Nyt pinnalla S on koordinaattiesitys ψ, jolle pätee että kaikilla x V U

(b) = x cos x 1 ( cos x)dx. = x cos x + cos xdx. = sin x x cos x + C, C R.

Differentiaali- ja integraalilaskenta 3 Mallit laskuharjoitusviikkoon 5 /

Mat Matematiikan peruskurssi K2

Laskuharjoitus 2A ( ) Aihepiiri: Raja-arvot etc. Adams & Essex, 8th Edition, Chapter 12. z = f(x, 0) = x2 a z = f(0, y) = 02 a 2 + y2

MS-A0204 Differentiaali- ja integraalilaskenta 2 (ELEC2) Luento 7: Pienimmän neliösumman menetelmä ja Newtonin menetelmä.

13. Taylorin polynomi; funktioiden approksimoinnista. Muodosta viidennen asteen Taylorin polynomi kehityskeskuksena origo funktiolle

Aalto-yliopiston perustieteiden korkeakoulu Matematiikan ja systeemianalyysin laitos

MS-A0207 Differentiaali- ja integraalilaskenta 2 (Chem) Esimerkkejä ym., osa II

ja B = 2 1 a) A + B, b) AB, c) BA, d) A 2, e) A T, f) A T B, g) 3A (e) A =

MS-A0305 Differentiaali- ja integraalilaskenta 3 Luento 8: Divergenssi ja roottori. Gaussin divergenssilause.

H5 Malliratkaisut - Tehtävä 1

Matematiikan tukikurssi

ja B = 2 1 a) A + B, b) AB, c) BA, d) A 2, e) A T, f) A T B, g) 3A (e)

w + x + y + z =4, wx + wy + wz + xy + xz + yz =2, wxy + wxz + wyz + xyz = 4, wxyz = 1.

MS-A0207 Differentiaali- ja integraalilaskenta 2 (Chem) Yhteenveto, osa I

Yhtälön oikealla puolella on säteen neliö, joten r. = 5 eli r = ± 5. Koska säde on positiivinen, niin r = 5.

5 Differentiaaliyhtälöryhmät

Insinöörimatematiikka D

Todista suoraan integraalin määritelmään perustuen tasointegraalin ominaisuus. λ f = λ f,

MS-A0107 Differentiaali- ja integraalilaskenta 1 (CHEM)

Differentiaali- ja integraalilaskenta 3 Mallit 2 (alkuviikko) / Syksy 2016

Luento 9: Yhtälörajoitukset optimoinnissa

Lisätehtäviä. Rationaalifunktio. x 2. a b ab. 6u x x x. kx x

Vastaa kaikkiin kysymyksiin (kokeessa ei saa käyttää laskinta)

BM20A5840 Usean muuttujan funktiot ja sarjat Harjoitus 1, Kevät 2018

MS-A0202 Differentiaali- ja integraalilaskenta 2 (SCI) Luento 10: Moninkertaisten integraalien sovelluksia

Dierentiaaliyhtälöistä

Talousmatematiikan perusteet: Luento 13. Rajoittamaton optimointi Hessen matriisi Ominaisarvot ja vektorit Ääriarvon laadun tarkastelu

MS-A0305 Differentiaali- ja integraalilaskenta 3 Luento 1: Moniulotteiset integraalit

x = π 3 + nπ, x + 1 f (x) = 2x (x + 1) x2 1 (x + 1) 2 = 2x2 + 2x x 2 = x2 + 2x f ( 3) = ( 3)2 + 2 ( 3) ( 3) = = 21 tosi

Matriisit ja optimointi kauppatieteilijöille

Maksimit ja minimit 1/5 Sisältö ESITIEDOT: reaalifunktiot, derivaatta

Ratkaisut vuosien tehtäviin

MS-A0003/A0005 Matriisilaskenta Malliratkaisut 5 / vko 48

. Kun p = 1, jono suppenee raja-arvoon 1. Jos p = 2, jono hajaantuu. Jono suppenee siis lineaarisesti. Vastaavasti jonolle r k+1 = r k, suhde on r k+1

l 1 2l + 1, c) 100 l=0

a) on lokaali käänteisfunktio, b) ei ole. Piirrä näiden pisteiden ympäristöön asetetun neliöruudukon kuva. VASTAUS:

MS-A0202 Differentiaali- ja integraalilaskenta 2 (SCI) Luento 10: Moninkertaisten integraalien sovelluksia

Kertaus. x x x. K1. a) b) x 5 x 6 = x 5 6 = x 1 = 1 x, x 0. K2. a) a a a a, a > 0

MS-A0202 Differentiaali- ja integraalilaskenta 2 (SCI) Luento 4: Ketjusäännöt ja lineaarinen approksimointi

11 MATEMAATTINEN ANALYYSI

Differentiaalilaskenta 1.

KERTAUS KERTAUSTEHTÄVIÄ K1. P( 1) = 3 ( 1) + 2 ( 1) ( 1) 3 = = 4

Talousmatematiikan perusteet: Luento 14. Rajoittamaton optimointi Hessen matriisi Ominaisarvot Ääriarvon laadun tarkastelu

2 Osittaisderivaattojen sovelluksia

Luento 8: Epälineaarinen optimointi

MS-A0104 Differentiaali- ja integraalilaskenta 1 (ELEC2) MS-A0106 Differentiaali- ja integraalilaskenta 1 (ENG2)

y (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

MS-A0205/MS-A0206 Differentiaali- ja integraalilaskenta 2 Luento 11: Taso- ja tilavuusintegraalien sovellutuksia

Luento 8: Epälineaarinen optimointi

MS-A0204 Differentiaali- ja integraalilaskenta 2 (ELEC2) Luento 9: Muuttujanvaihto taso- ja avaruusintegraaleissa

MATEMATIIKAN KOE, PITKÄ OPPIMÄÄRÄ (1 piste/kohta)

Fr ( ) Fxyz (,, ), täytyy integroida:

MATP153 Approbatur 1B Ohjaus 2 Keskiviikko torstai

Aalto-yliopiston perustieteiden korkeakoulu Matematiikan ja systeemianalyysin laitos

f(x, y) = x 2 y 2 f(0, t) = t 2 < 0 < t 2 = f(t, 0) kaikilla t 0.

Vektorilaskenta, tentti

Helsingin, Itä-Suomen, Jyväskylän, Oulun, Tampereen ja Turun yliopisto Matematiikan valintakoe klo Ratkaisut ja pisteytysohjeet

Transkriptio:

ifferentiaali- ja integraalilaskenta 2 (CHEM) MS-A27 Hakula/Vuojamo Kurssitentti, 2.2, 28, arvosteluperusteet T Moniosaisten tehtävien osien painoarvo on sama ellei muuta ole erikseen osoitettu. Kokeessa ei saa käyttää laskimia. TEHTÄVÄ Olkoon funktio f(x, y, z) = x 3 2xy 2 z+5yz 4. a) Mihin suuntaan f(x, y, z) kasvaa nopeimmin pisteessä (2, 2, )? Mikä on funktion derivaatta tähän suuntaan? b) Laske f(x, y, z) dv, kun = [, ]3 (yksikkökuutio). RATKAISU a) Funktio kasvaa nopeiten gradientin suuntaan f = ( 3x 2 2y 2 z, 4xyz + 5z 4, 2xy 2 + 2yz 3), jonka arvo pisteessä (2, 2, ) on f(2, 2, ) = (4, 2, 56). erivaatta nopeimman kasvun suuntaan on suunnattu derivaatta gradientin suuntaan eli ja annetussa pisteessä f f f = f f f = f 2 f = f f(2, 2, ) = 4 2 + 2 2 + 56 2 = 3592. Pisteytys: Kerrottu nopein kasvusuunta (p), laskettu gradientti annetussa pisteessä (p), laskettu suunnattu derivaatta (p).

b) Integroidaan muuttuja kerrallaan f(x, y, z)dv = x 3 2xy 2 z + 5yz 4 dx dy dz = = = 7 2. 4 y2 z + 5yz 4 dy dz 4 z 3 + 5 2 z4 dz Pisteytys: p jos lähdetty laskemaan väärää integraalia. Lähtökohta oikein (p), integroinnit ainakin osittain oikein (p), laskut ja tulos oikein (p), pienistä huolimattomuusvirheistä ei vähennetä pisteitä. TEHTÄVÄ 2 Millä vakion a arvoilla funktiolla f(x, y) = e x2 2 cos y + axy on suhteellinen minimikohta origossa? RATKAISU 2 Tarkastellaan, onko origo funktion kriittinen piste. Gradientti on f = ( ) 2xe x2 + ay, 2 sin y + ax ja sen arvo origossa on f(, ) = (, ), joten origo on kriittinen piste. Tarkastellaan kriittisen pisteen laatua Hessen matriisin avulla. ( ) ( ) xx f Hf = xy f 2e x 2 + 4x = 2 e x2 a xy f yy f a 2 cos y Origossa saadaan Hf(, ) = ( ) 2 a. a 2 Ratkaistaan ominaisarvot muodostamalla karakteristinen yhtälö det(hf(, ) λi) = (2 λ) 2 a 2 = λ 2 4λ + (4 a 2 ) =. Toisen asteen yhtälön ratkaisukaavan avulla λ = 2 a ja λ 2 = 2 + a. Kriittinen piste on funktion paikallinen minimikohta, jos molemmat

näistä ovat positiiviset eli pätee 2 a > ja 2 + a >. Näin ollen kysytyt parametrin arvot ovat 2 < a < 2. Pisteytys: Laskettu gradientti ja todettu origon olevan kr. piste (p), laskettu Hessen matriisi yleisesti (p) ja origossa (p), kerrottu ominaisarvojen luokittelevan kr. pisteet (p), määritetty ominaisarvot (p) ja oikea väli parametrille a (p). TEHTÄVÄ 3 Etsi ne käyrän 7x 2 + 2xy + 8y 2 = pisteet joiden etäisyys origosta on a) pienin, b) suurin. RATKAISU 3 Tehtävässä on tarkoitus minimoida/maksimoida etäisyyttä tai sen neliötä origon suhteen rajoitusehdolla f(x, y) = x 2 + y 2 g(x, y) = 7x 2 + 2xy + 8y 2 =. Tarkastetaan, missä pisteissä g(x, y) = : { 34x + 2y = x = y =, 2x + 6y = joka ei toteuta yhtälöä g(x, y) =. Muodostetaan tilannetta vastaava Langrangen funktio: L(x, y, λ) = f(x, y) + λg(x, y) = x 2 + y 2 + λ(7x 2 + 2xy + 8y 2 ). Ratkaistaan tämän funktion kriittiset pisteet L = : 2x + λ(34x + 2y) = 2y + λ(2x + 6y) = 7x 2 + 2xy + 8y 2 =. Kahdesta ensimmäisestä yhtälöstä voidaan ratkaista λ ja asettaa yhtäsuuruus: 2x 34x + 2y = 2y 2x + 6y x = 2y x = y 2.

Sijoittamalla nämä viimeiseen yhtälöön saadaan yhtälöryhmän ratkaisut: x = 2y y 2 = y = ± (2, ) ( 2, ) x = y 2 y2 = 6 y = ±4 ( 2, 4) (2, 4). Tarkastetaan näiden pisteiden etäisyydet origosta: f(2, ) = f( 2, ) = 5 f( 2, 4) = f(2, 4) = 2. Käyrällä g(x, y) = lähimpänä origoa ovat siis pisteet (2, ) ( 2, ) ja kauimpana pisteet ( 2, 4) (2, 4). Pisteytys: Määritelty kohdefunktio ja rajoitusehto oikein (p), tarkastettu rajoitusehdon gradientin nollakohdat (p), muodostettu Langrangen funktio ja sen gradientin nollakohtaa vastaava yhtälöryhmä (p), ratkaistu minimietäisyyttä vastaavat pisteet (p) ja maksimietäisyyttä vastaavat pisteet (p), tarkistettu niiden ääriarvoluonne sijoittamalla ne kohdefunktioon (p). TEHTÄVÄ 4 Tason kolme pistettä (, ), (, 2), (3, 3), muodostavat kolmion. Laske integraali xy dx dy. RATKAISU 4 Ratkaistaan joukkoa rajoittavien käyrien kuvaajat y:n funktiona. Kulmakertoimet voidaan päätellä päätepisteiden erotuksista joiden avulla voidaan konstruoida suorien yhtälöt: y = 5 2 x 9 2 y = 2 x + 3 2 y = 3 2 x 2. Valitaan x vapaaksi muuttujaksi. Tällöin x 3. Nyt haluttu integraali voidaan laskea osissa:

3 2 x 2 = 2 xy dxdy = 2 x+ 3 2 2 x+ 3 2 3 2 x 2 xy dxdy = 2 2x 2x 3 dx = xy dxdy + 2 x+ 3 2 5 2 x 9 2 xy dxdy x(( x 2 + 3 2 )2 ( 3 2 x 2 )2 ) dx 2 x+ 3 2 xy dxdy = 2 x(( x 2 + 3 2 )2 ( 5 2 x 9 2 )2 ) dx 5 2 x 9 2 = 2 6x 3 + 24x 2 8x dx = 6 2 = 8 xy dxdy = 8. Pisteytys: Määritelty integroimisjoukon suorat (p jokaisesta), muodostettu oikea iteroitu integraali (p), ratkaistu integraalin osaintegraalit (p kummastakin). Mikäli integroimisjoukko ei ollut oikea tai integrandi väärä, p.

3 2-2 3 - -2 Kuva : Integroimisjoukko