Vakioiden variointi kolmannen kertaluvun yhtälölle

Samankaltaiset tiedostot
Sarjaratkaisun etsiminen Maplella

Syksyn 2015 Pitkän matematiikan YO-kokeen TI-Nspire CAS -ratkaisut

6 Integraalilaskentaa

Riemannin integraali

4 Pinta-alasovelluksia

Käydään läpi: ääriarvo tarkastelua, L Hospital, integraalia ja sarjoja.

II.1. Suppeneminen., kun x > 0. Tavallinen lasku

Riemannin integraalista

2.4 Pienimmän neliösumman menetelmä

Tehtävä 1. Jatka loogisesti oheisia jonoja kahdella seuraavaksi tulevalla termillä. Perustele vastauksesi

Differentiaali- ja integraalilaskenta 1 (CHEM) Laskuharjoitus 4 / vko 47, mallivastaukset

Määritelmä Olkoon C R m yksinkertainen kaari ja γ : [a, b] R m sen yksinkertainen parametriesitys, joka on paloittain C 1 -polku.

.) (b) Vertaa p :tä vastaavaa kineettistä energiaa perustilan kokonaisenergiaan. ( ) ( ) = = Ek

VALTIOTIETEELLINEN TIEDEKUNTA TILASTOTIETEEN VALINTAKOE Ratkaisut ja arvostelu

1. Derivaatan Testi. Jos funktio f on jatkuva avoimella välillä ]a, b[ ja x 0 ]a, b[ on kriit. tai singul. piste niin. { f (x) > 0, x ]a, x 0 [

x k 1 Riemannin summien käyttö integraalin approksimointiin ei ole erityisen tehokasta; jatkuvasti derivoituvalle funktiolle f virhe b

OSA 1: POLYNOMILASKENNAN KERTAUSTA, BINOMIN LASKUSÄÄNTÖJÄ JA YHTÄLÖNRATKAISUA

Johdatus reaalifunktioihin P, 5op

10. MÄÄRÄTYN INTEGRAALIN KÄYTTÖ ERÄIDEN PINTA-ALOJEN LASKEMISESSA

MS-A010{3,4} (ELEC*) Differentiaali- ja integraalilaskenta 1 Luento 8: Integraalifunktio ja epäoleellinen integraali

MS-A010{3,4} (ELEC*) Differentiaali- ja integraalilaskenta 1 Luento 9: Integroimismenetelmät

MS-A010{2,3,4,5} (SCI,ELEC*, ENG*) Differentiaali- ja integraalilaskenta 1 Luento 9: Integroimismenetelmät

MS-A010{2,3,4,5} (SCI, ELEC*, ENG*) Differentiaali- ja integraalilaskenta 1 Luento 8: Integraalifunktio ja epäoleellinen integraali

L 0 L. (a) Entropian ääriarvo löydetään derivaatan nollakohdasta, dl = al 0 L )

7 Funktiosarjoista. 7.1 Funktiosarjojen suppeneminen

Aalto-yliopisto, Teknillisen fysiikan laitos PHYS-E0460 Reaktorifysiikan perusteet Harjoitus 5, mallivastaukset Syksy 2016

Matematiikan tukikurssi

5 Epäoleellinen integraali

TYÖNTEKIJÄN ELÄKELAIN MUKAISEN ELÄKEVAKUUTUKSEN YLEISET LASKUPERUSTEET

Numeeriset menetelmät TIEA381. Luento 9. Kirsi Valjus. Jyväskylän yliopisto. Luento 9 () Numeeriset menetelmät / 29

5 ( 1 3 )k, c) AB 3AC ja AB AC sekä vektoreiden AB ja

lim + 3 = lim = lim (1p.) (3p.) b) Lausekkeen täytyy supistua (x-2):lla, joten osoittajan nollakohta on 2.

Matematiikan tukikurssi

Integraalilaskentaa. 1. Mihin integraalilaskentaa tarvitaan? MÄNTÄN LUKIO

Matematiikan tukikurssi

Ristitulo ja skalaarikolmitulo

Tampereen teknillinen yliopisto hum Konstruktiotekniikan laitos. MEC-2430 Elementtimenetelmän perusteet. Luento vk 1 Syksy 2012.

Sinilause ja kosinilause

Reaalinen lukualue. Millainen on luku, jossa on päättymätön ja jaksoton desimaalikehitelmä?

Analyysin perusteet kauppatieteilijöille P

sin θ θ θ r 2 sin 2 θ φ 2 = 0.

Analyyttiset funktiot ja integrointiteorian alkeita

Esimerkki 8.1 Määritellään operaattori A = x + d/dx. Laske Af, kun f = asin(bx). Tässä a ja b ovat vakioita.

Integroimistehtävät, 10. syyskuuta 2005, sivu 1 / 29. Perustehtäviä. Tehtävä 1. Osoita, että vakiofunktio f(x) c on Riemann-integroituva välillä

6 Kertausosa. 6 Kertausosa

4 DETERMINANTTI JA KÄÄNTEISMATRIISI

9 A I N. Alkuperäinen piiri. Nortonin ekvivalentti R T = R N + - U T = I N R N. Théveninin ekvivalentti DEE SÄHKÖTEKNIIKAN PERUSTEET

TYÖ 30. JÄÄN TIHEYDEN MÄÄRITYS. Tehtävänä on määrittää jään tiheys.

Neliömatriisin A determinantti on luku, jota merkitään det(a) tai A. Se lasketaan seuraavasti: determinantti on

Numeerinen integrointi.

Tee B-osion konseptiin etusivulle pisteytysruudukko! Muista kirjata nimesi ja ryhmäsi. Välivaiheet perustelevat vastauksesi!

Numeerinen integrointi

2.1 Vaillinaiset yhtälöt

MATEMATIIKAN HARJOITTELUMATERIAALI

Painopiste. josta edelleen. x i m i. (1) m L A TEX 1 ( ) x 1... x k µ x k+1... x n. m 1 g... m n g. Kuva 1. i=1. i=k+1. i=1

Integraalilaskenta. Määrätty integraali

4. Reaalifunktioiden määrätty integraali

ICS-C2000 Tietojenkäsittelyteoria Kevät 2016

Aalto-yliopisto, Teknillisen fysiikan laitos PHYS-E0460 Reaktorifysiikan perusteet Harjoitus 6, mallivastaukset Syksy 2016

Mikrotalousteoria 2, 2008, osa III

Matematiikan tukikurssi. Hannu Kivimäki

4 Taso- ja avaruuskäyrät

A-Osio. Valitse seuraavista kolmesta tehtävästä kaksi, joihin vastaat. A-osiossa ei saa käyttää laskinta.

1. Yhtälöiden ratkaisemisesta Olkoon f välillä [a, b] jatkuva funktio, jolle f(a) f(b) < 0. Bolzanon lauseen [A1]

Kertausta ja täydennystä

766328A Termofysiikka Harjoitus no. 12, ratkaisut (syyslukukausi 2014)

S Fysiikka III (EST), Tentti

SARJAT JA DIFFERENTIAALIYHTÄLÖT Funktiojonot 1

MATEMATIIKAN KOE, PITKÄ OPPIMÄÄRÄ PISTEYTYSKOKOUS

LINSSI- JA PEILITYÖ TEORIAA. I Geometrisen optiikan perusaksioomat

EDE Elementtimenetelmän perusteet. Luento vk 1 Syksy Matematiikan ja matriisilaskennan kertausta

Digitaalinen videonkäsittely Harjoitus 5, vastaukset tehtäviin 25-30

Sisältö. Integraali 10. syyskuuta 2005 sivu 1 / 20

Johdatus L A TEXiin. 6. Omat komennot ja lauseympäristöt Markus Harju. Matemaattiset tieteet

11. MÄÄRÄTTY INTEGRAALI JA TILAVUUS

Luku 15. Integraali. Esimerkki Suoraan edellisen luvun derivointikaavojen perusteella on voimassa

Preliminäärikoe Pitkä Matematiikka

Sisältö. Funktiojonot ja -sarjat 10. syyskuuta 2005 sivu 1 / 15

2.6 SÄÄNNÖLLISET LAUSEKKEET Automaattimalleista poikkeava tapa kuvata yksinkertaisia kieliä. Olkoot A ja B aakkoston Σ kieliä. Perusoperaatioita:

a = x 0 < x 1 < x 2 < < x n = b f(x) dx = I. lim f(x k ) x k=1

Käyräparven kohtisuorat leikkaajat

Matematiikan perusteet taloustieteilijöille P

Kognitiivinen mallintaminen I, kevät Harjoitus 1. Joukko-oppia. MMIL, luvut 1-3 Ratkaisuehdotuksia, MP

Johdatus L A TEXiin. 4. Matematiikkaa II Markus Harju. Matemaattiset tieteet

Y56 Mikron jatkokurssi kl 2008: HARJOITUSTEHTÄVÄT 2 Mallivastaukset

Variaatiolaskentaa ja sen sovelluksia

Johdatus L A TEXiin. 4. Matematiikkaa II Markus Harju. Matemaattiset tieteet

Sähkömagneettinen induktio

T Syksy 2002 Tietojenkäsittelyteorian perusteet Harjoitus 5 Demonstraatiotehtävien ratkaisut. ja kaikki a Σ ovat säännöllisiä lausekkeita.

Riemannin integraalista

3.3 KIELIOPPIEN JÄSENNYSONGELMA Ratkaistava tehtävä: Annettu yhteydetön kielioppi G ja merkkijono x. Onko

5 Riemann-integraali ANALYYSI B, HARJOITUSTEHTÄVIÄ, KEVÄT Ala- ja yläintegraali

Analyysi 2. Harjoituksia lukuihin 1 3 / Kevät Anna sellainen välillä ] 2, 2[ jatkuva ja rajoitettu funktio f, että

Pinta-alan laskeminen

1 Jonot. 2 Sarjat. 3 Jatkuvuus. 4 Derivaatta. 5 Taylor-polynomit ja -sarjat. 1.2 Jonot. jossa

5.4 Ellipsi ja hyperbeli (ei kuulu kurssivaatimuksiin, lisätietoa)

S Fysiikka IV (ES) Tentti RATKAISUT. 1,0*10 m. Kineettinen energia saadaan kun tästä vähennetään lepoenergia: 2

ICS-C2000 Tietojenkäsittelyteoria Kevät 2015

θ 1 θ 2 γ γ = β ( n 2 α + n 2 β = l R α l s γ l s 22 LINSSIT JA LINSSIJÄRJESTELMÄT 22.1 Linssien kuvausyhtälö

Transkriptio:

Vkioiden vriointi kolmnnen kertluvun yhtälölle Olkoon trksteltvn kolmnnen kertluvun linerinen epähomogeeninen differentiliyhtälö > diffyht:= (-1)*diff(y(), $3)-*diff(y(), $2)+diff(y(), )=ep(^2); diffyht := ( 1) d 3 y( ) d 2 + = d 3 y( ) d 2 d y( ) 2) e( Vstv homogeeniyhtälö on > homogyht:= lhs(diffyht)=0; homogyht := ( 1 ) d 3 y( ) d 2 + = d 3 y( ) d 2 d y( ) 0 Tämän rtkisut ovt suhteellisen yksinkertiset j pienellä pohdiskelull rvttviss. Jos y:n piklle sijoitetn eksponenttifunktio, niin yhtälö toteutuu: > subs(y()=ep(), homogyht): Smoin käy, jos sijoitetn funktio 2 : > subs(y()=^2, homogyht): Kolmnneksi perusrtkisuksi sopii vkiofunktio, jok kikkill s rvon 1: > subs(y()=1, homogyht): Homogeeniyhtälön perusjärjestelmä on siten > perusjrj:= [ep(), ^2, 1]; perusjrj := [ e, 2, 1] Linlg-pketist löytyvällä multiply-komennoll voidn lske mtriisituloj. Kun kyseessä on kksi vektori, on tuloksen pistetulo. Ldtn pketti käyttöön. > with(linlg): Wrning, the protected nmes norm nd trce hve been redefined nd

unprotected Homogeeniyhtälön yleinen rtkisu on: > homogrtk:= multiply(perusjrj, [_C1, _C2, _C3]); homogrtk := e _C1 + 2 _C2 + _C3 Epähomogeenisen yhtälön yksittäisrtkisu voidn hke vkioiden vrioinnill, jolloin yrite on > vriot:= [u(), v(), w()]; vriot := [ u( ), v( ), w( )] > yr0:= multiply(vriot, perusjrj); yr0 := u( ) e + v( ) 2 + w( ) Tämä sijoitetn differentiliyhtälöön j pyritään määrittämään selliset funktiot u(), v() j w( ), että yhtälö toteutuu. Lsku yksinkertistetn kuten toisen kertluvun yhtälön tpuksesskin settmll sopivi lisäehtoj. Toisen kertluvun tpuksess näitä on yksi, kolmnnen kertluvun tpuksess kksi. Kerätään derivtt listksi: > derivtt:= diff(vriot, ); d derivtt :=,, d u( ) d d v( ) d d Muodostetn yritteen derivtt w( ) > der1:= diff(yr0, ); der1 := + + + + d u( ) e u( ) e d v( ) d 2 2 v( ) d w( ) j yksinkertistetn sitä settmll funktioiden u, v j w derivttoj sisältävien termien summ nollksi: > termit1:= [seq(coeff(der1, derivtt[k]), k=1..3)]; termit1 := [ e, 2, 1] > nolltermi1:= multiply(termit1, derivtt); nolltermi1 := + + d u( ) e d v( ) 2 w( ) d Tällöin derivtt on > yr1:= simplify(der1, {nolltermi1=0});

yr1 := u( ) e + 2 v( ) Edellä on käytetty komentoj trvittvn lisäehdon muodostmiseen j derivtn yksinkertistmiseen. Tämä on luontev kirjoitettess ohjelmkoodi Mplelle, mutt interktiivisess lskennss on yksinkertisemp poimi trvittvt termit hiirellä. Vstvll tvll muodostetn yritteen toinen derivtt, setetn toinen lisäehto j yksinkertistetn derivtt: > der2:= diff(yr1, ); der2 := + + + d u( ) e u( ) e 2 d v( ) 2 v( ) > termit2:= [seq(coeff(der2, derivtt[k]), k=1..3)]; termit2 := [ e, 2, 0] > nolltermi2:= multiply(termit2, derivtt); nolltermi2 := + d u( ) e 2 d v( ) > yr2:= simplify(der2, {nolltermi2=0}); yr2 := u( ) e + 2 v( ) Yritteen kolms derivtt sdn yksinkertisesti derivoimll; lisäehtoj ei enää setet: > yr3:= diff(yr2, ); yr3 := + + d u( ) e u( ) e 2 d v( ) Yritteen derivtt sijoitetn differentiliyhtälöön, jolloin sdn vin funktioiden u, v j w derivttoj koskev ehto. Funktiot itse supistuvt pois; tämä on seurust siitä, että yrite muodostetn homogeeniyhtälön rtkisujen vull. > ehto:= subs({diff(y(), $3)=yr3, diff(y(), $2)=yr2, diff(y(), )=yr1, y()=yr0}, diffyht): fctor(%); + = d u( ) e 2 d v( ) ( 1) 2) e( Derivtt sdn rtkistuiksi tästä ehdost j iemmin setetuist lisäehdoist: > derivrtk:= solve({ehto, nolltermi1=0, nolltermi2=0}, {derivtt[]}): d { =,, } d v( ) 1 e ( 2) d 1 e ( 2 ) w( ) = ( 2 + ) d = 2 2 + 1 + 2 d 2 2 + 1 + 2 d u( ) e ( ( 1) ) 2 + 1 + 2

Funktiot u, v j w sdn tämän jälkeen integroimll. Selkeintä on lske funktiot määrättyinä integrlein lrjn olless mielivltinen. Mpless listojen integrointi tehdään integroimll jokinen lkio erikseen mp-komennon vull: > integroitvt:= subs(=t, subs(derivrtk,derivtt)): t e ( t ( 1 + t) ),, 2 t + 1 + t 1 e ( t2) 1 t e ( t2 ) ( 2 + t ) 2 2 2 t + 1 + t 2 2 2 t + 1 + t 2 > fktrtk:= mp(int, integroitvt, t=..): t e ( t ( 1 + t )) dt, 1 e ( t2) dt, 1 t e ( t2 ) 2 t + 1 + t 2 2 2 t + 1 + t 2 Esiintyviä integrlej ei onnistut lusumn lkeisfunktioiden ti Mplen tuntemien funktioiden vull. Vkioiden vrioinnill on kuitenkin löydetty yksittäisrtkisu: > y0:= multiply(fktrtk, perusjrj): t e ( t ( 1 + t) ) dt e 1 e ( t2) dt 2 1 t e ( t2 ) + 2 t + 1 + t 2 Rtkisu voidn sijoitt differentiliyhtälöön j trkist, toteutuuko yhtälö: > subs(y()=y0, diffyht): Differentiliyhtälön yleinen rtkisu on siis > homogrtk+y0: > e ( 2 ) = e ( 2) e _C1 + 2 _C2 + _C3 + t e ( t ( 1 + t )) dt e 1 e ( t2) dt 2 1 + t e ( t2 ) 2 t + 1 + t 2

Nimittäjien nollkohdn tki trkstelulue on joko < 1 ti > 1. Integrlin lrj on vlittv siitä lueest, jot trkstelln. Lukij tutkikoon, miten Mple rtkisee edellä käsitellyn yhtälön suorn dsolve-komennoll. Linkit epähomogeenisen yhtälön rtkisujoukko vkioiden vriointi toisen kertluvun yhtälön tpuksess korkempien kertlukujen lineriyhtälöt SKK & MS 03.01.2001