Mat Matematiikan peruskurssi K2

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

Differentiaaliyhtälöt I Ratkaisuehdotuksia, 2. harjoitus, kevät Etsi seuraavien yhtälöiden yleiset ratkaisut (Tässä = d

y = 3x2 y 2 + sin(2x). x = ex y + e y2 y = ex y + 2xye y2

Matematiikka B3 - Avoin yliopisto

Differentiaali- ja integraalilaskenta 1 Ratkaisut 6. viikolle /

Differentiaali- ja integraalilaskenta 3 Mallit laskuharjoitusviikkoon 5 /

Differentiaali- ja integraalilaskenta 3 Harjoitus 4/ Syksy 2017

6. Toisen ja korkeamman kertaluvun lineaariset

Differentiaali- ja integraalilaskenta 3 Ratkaisut viikko 3

3 TOISEN KERTALUVUN LINEAARISET DY:T

MS-A0305 Differentiaali- ja integraalilaskenta 3 Luento 9: Greenin lause

Osa 11. Differen-aaliyhtälöt

Differentiaaliyhtälöt I, kevät 2017 Harjoitus 3

MS-A0305 Differentiaali- ja integraalilaskenta 3 Luento 10: Stokesin lause

Insinöörimatematiikka D

MS-C1340 Lineaarialgebra ja differentiaaliyhtälöt

2 dy dx 1. x = y2 e x2 2 1 y 2 dy = e x2 xdx. 2 y 1 1. = ex2 2 +C 2 1. y =

MS-A010{3,4,5} (ELEC*, ENG*) Differentiaali- ja integraalilaskenta 1 Luento 11: Lineaarinen differentiaaliyhtälö

Matemaattinen Analyysi

MS-A Differentiaali- ja integraalilaskenta 1 (CHEM) Harjoitus 6 loppuviikko

Differentiaali- ja integraalilaskenta 1 Ratkaisut 5. viikolle /

Insinöörimatematiikka D

Differentiaali- ja integraalilaskenta 3 Laskuharjoitus 7 /

Insinöörimatematiikka D

Insinöörimatematiikka D, laskuharjoituksien esimerkkiratkaisut

y + 4y = 0 (1) λ = 0

2. kl:n DY:t. Lause. Yleisesti yhtälöllä ẍ = f(ẋ, x, t) on (sopivin oletuksin) aina olemassa 1-käs. ratkaisu. (ẋ dx/dt, ẍ d 2 x/dt 2.

f x da, kun A on tason origokeskinen yksikköympyrä, jonka kehällä funktion f arvot saadaan lausekkeesta f (x, y) = 2x 3y 2.

Differentiaali- ja integraalilaskenta 3 Laskuharjoitusviikko 5 /

a 1 y 1 (x) + a 2 y 2 (x) = 0 vain jos a 1 = a 2 = 0

4 Korkeamman kertaluvun differentiaaliyhtälöt

Kompleksiluvun logaritmi: Jos nyt z = re iθ = re iθ e in2π, missä n Z, niin saadaan. ja siihen vaikuttava

Insinöörimatematiikka D

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

Insinöörimatematiikka D

MS-A010{3,4} (ELEC*) Differentiaali- ja integraalilaskenta 1 Luento 10: Ensimmäisen kertaluvun differentiaaliyhtälö

Insinöörimatematiikka D

1 Peruskäsitteet. Dierentiaaliyhtälöt

Esimerkki: Tarkastellaan korkeudella h ht () putoavaa kappaletta, jonka massa on m (ks. kuva).

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 =

dy dx = y x + 1 dy dx = u+xdu dx, u = y/x, u+x du dx = u+ 1 sinu eli du dx = 1 1 Erotetaan muuttujat ja integroidaan puolittain: y = xln(ln(cx 2 )).

13. Ratkaisu. Kirjoitetaan tehtävän DY hieman eri muodossa: = 1 + y x + ( y ) 2 (y )

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

4 Korkeamman kertaluvun lineaariset differentiaaliyhtälöt

Dierentiaaliyhtälöistä

Insinöörimatematiikka D, laskuharjoituksien esimerkkiratkaisut

Normaaliryhmä. Toisen kertaluvun normaaliryhmä on yleistä muotoa

Insinöörimatematiikka D

MATEMATIIKAN PERUSKURSSI II

MS-A010{3,4,5} (ELEC*, ENG*) Differentiaali- ja integraalilaskenta 1 Luento 10: Ensimmäisen kertaluvun differentiaaliyhtälö

MS-A0305 Differentiaali- ja integraalilaskenta 3 Luento 3: Vektorikentät

SARJAT JA DIFFERENTIAALIYHTÄLÖT

Matemaattinen Analyysi

Ensimmäisen ja toisen kertaluvun differentiaaliyhtälöistä

MATEMATIIKAN PERUSKURSSI II

Mat Matematiikan peruskurssi S2

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

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

4. Ensimmäisen ja toisen kertaluvun differentiaaliyhtälöistä

MATEMATIIKAN PERUSKURSSI II kevät 2018 Ratkaisut 1. välikokeen preppaustehtäviin. 1. a) Muodostetaan osasummien jono. S n =

Luoki?elua: tavallinen vs osi?ais. Osa 11. Differen0aaliyhtälöt. Luoki?elua: kertaluku. Luoki?elua: lineaarisuus 4/13/13

JYVÄSKYLÄN YLIOPISTO. Integraalilaskenta 2 Harjoitus Olkoon A := {(x, y) R 2 0 x π, sin x y 2 sin x}. Laske käyräintegraali

2. Viikko. CDH: luvut (s ). Matematiikka on fysiikan kieli ja differentiaaliyhtälöt sen yleisin murre.

12. Derivointioperaattoreista geometrisissa avaruuksissa

2. Tavallisen differentiaaliyhtälön yleisiä ratkaisumenetelmiä. y = 2xy, Piirrä muutama yleisen ratkaisun kuvaaja. Minkä nimisistä käyristä on kyse?

2v 1 = v 2, 2v 1 + 3v 2 = 4v 2.. Vastaavasti ominaisarvoa λ 2 = 4 vastaavat ominaisvektorit toteuttavat. v 2 =

Pintaintegraali. i j k cos(θ) sin(θ) 1. = r cos(θ)i r sin(θ)j + rk, r sin(θ) r cos(θ) 0 joten

Differentiaaliyhtälöt

Dierentiaaliyhtälöistä

12. Differentiaaliyhtälöt

Matemaattinen Analyysi

DYNAAMISET SYSTEEMIT 1998

3 Toisen kertaluvun lineaariset differentiaaliyhtälöt

Matematiikan tukikurssi

Dierentiaaliyhtälöistä

Harjoitus Etsi seuraavien autonomisten yhtälöiden kriittiset pisteet ja tutki niiden stabiliteettia:

BM20A0900, Matematiikka KoTiB3

10. Toisen kertaluvun lineaariset differentiaaliyhtälöt

Osittaisdifferentiaaliyhtälöt

5 Differentiaaliyhtälöryhmät

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

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

Osoita, että eksponenttifunktio ja logaritmifunktio ovat differentiaaliyhtälön

Gaussin lause eli divergenssilause 1

Helsingin, Itä-Suomen, Jyväskylän, Oulun, Tampereen ja Turun yliopisto Matematiikan valintakoe klo 10 13

F dr = F NdS. VEKTORIANALYYSI Luento Stokesin lause

Johdatus diskreettiin matematiikkaan Harjoitus 5, Ratkaise rekursioyhtälö

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

ELEC C4140 Kenttäteoria (syksy 2015)

Matematiikka B1 - TUDI

5 DIFFERENTIAALIYHTÄLÖRYHMÄT

MS-A0305 Differentiaali- ja integraalilaskenta 3 Luento 7: Pintaintegraali ja vuointegraali

IV. TASAINEN SUPPENEMINEN. f(x) = lim. jokaista ε > 0 ja x A kohti n ε,x N s.e. n n

Esimerkki 1 Ratkaise differentiaaliyhtälö

Matematiikan peruskurssi 2

ELEC C4140 Kenttäteoria (syksy 2016)

MS-A0102 Differentiaali- ja integraalilaskenta 1

MS-A0107 Differentiaali- ja integraalilaskenta 1 (CHEM)

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

Transkriptio:

Mat-.3 Matematiikan peruskurssi K Heikkinen/Tikanmäki Kolmas välikoe 6.5. Kokeessa saa käyttää ylioppilaskirjoituksiin hyväksyttyä laskinta. Sivun kääntöpuolelta löytyy integrointikaavoja.. Olkoon F(x, y, z) = x yzi + xy zj + xyz k. a) Laske kentän F divergenssi ja roottori. b) Laske kentän F vuo läpi kuution x, y, z pinnan ulospäin.. a) Ratkaise alkuarvotehtävä y + 3x y = e x3 cos x, y() =. b) Ratkaise alkuarvotehtävä y = xe y, y() =. 3. a) Määrää differentiaaliyhtälön y y y = yleinen ratkaisu. b) Etsi differentiaaliyhtälön y y y = x yksittäisratkaisu. (Vihje: ratkaisu löytyy muotoa y = ax + b olevalla yritteellä.) c) Ratkaise alkuarvotehtävä y y y = x, y() =, y () =. 4. a) Laske elliptisen kiekon x + y pinta-ala soveltamalla Greenin 4 9 lausetta vektorikenttään F(x, y) = ( yi + xj). b) Osoita sopivia testejä käyttäen, että sarjat k= k 3 k ja k= k 3 suppenevat.

Integrointikaavoja D S D div F dv = S curl F ˆN ds = F ˆN ds C F dr F x F da = F dr C

K VK3 6.5. ratkaisut tehtäviin ja.tehtävä a) Vektorikentän F = F i + F j + F 3 k divergenssi on ja roottori on i j k curl F = x z F F F 3 = div F = F x + F + F 3 z, ( F3 F ) ( F i+ z z F ) ( 3 F j+ x x F ) k. Tässä F = x yzi + xy zj + xyz k, joten divergenssiksi saadaan div F = (x yz) x + (xy z) + (xyz ) z = xyz + xyz + xyz = 6xyz. ja roottoriksi i j k curl F = x z x yz xy z xyz = ( xz xy ) i + ( x y yz ) j + ( y z x z ) k. b) Käytetään hyväksi Gaussin lausetta: S F ˆN ds = = D div F dv = 3x yz dydz = 6xyz dxdydz 3yz dydz = 3 z dz = 3 4. Luonnollisesti tehtävän voi ratkaista myös summaamalla yhteen vuot jokaisen kuution seinän läpi. Pisteytys: 3 pistettä a- ja b-kohdista. a-kohdasssa yleisimmät virheet olivat divergenssin ilmoittaminen vektorina ja merkkivirhe roottorin j-komponentissa. Jos virheistä oli vain jompikumpi, sai kaksi pistettä. b-kohdassa järkevästä lähestymistavasta sai pisteen ja oikeasta laskusta pistettä.

.tehtävä a) Ensimmäisen kertaluvun vakiokertoiminen DY, joka on muotoa y (x) + p(x)y(x) = r(x) ratkeaa integroivan tekijän e p(x)dx avulla. y (x) + p(x)y(x) = r(x) e p(x)dx y (x)e p(x)dx + p(x)y(x)e p(x)dx = r(x)e p(x)dx d dx (y(x)e p(x)dx ) = r(x)e p(x)dx y(x)e p(x)dx = r(xe p(x)dx dx + C y(x) = Ce p(x)dx + e p(x)dx r(x)e p(x)dx dx Tässä p(x) = 3x ja r(x) = e x3 cos x, jolloin ratkaisuksi saadaan y(x) = Ce x3 + e x3 cos x dx = (C + sin x)e x3. Sijoitetetaan alkuarvo ja ratkaistaan vakio: y() = C =. Lopullinen ratkaisu: y(x) = ( + sin x)e x3. b) Kyseessä on separoituva differentiaaliyhtälö. y = xe y dy dx = xe y e y dy = x dx e y = x + C ( ) y = ln x + C

Ratkaistaan vakio alkuarvosta: Lopullinen ratkaisu: y() = ln C = C =. ( ) y = ln x + Pisteytys: 3 pistettä a- ja b-kohdista. a-kohdasssa yleisin virhe oli yhdistää termi e x3 vakioon C, jolloin vastaukseksi tuli + sin(x)e x3. Termi e x3 ei ole vakio, koska se sisältää x:n. Tästä lähti piste, jos tehtävä oli muuten oikein. b-kohdassa virheet liittyivät yleisimmin logaritmin käyttöön. Useimmiten todettiin, että y = ln x + ln C, mikä johtaa mahdottomaan alkuehtoon. Tästä virheestä menetti pistettä, jos tehtävän jätti kesken tai ratkaisi loppuun väärin. Mahdottoman alkuehdon havaitseminen ja tuloksen perusteleminen aiheutti vain pisteen menetyksen. Toinen tyypillinen virhe oli sotkea ln ja ln. 3

Mat-.3 Matematiikan peruskurssi K Kolmas välikoe 6.5. Malliratkaisut tehtäviin 3 ja 4 3. a) Differentiaaliyhtälön y y y = karakteristinen yhtälö on λ λ =. Sen juuret ovat λ = ja λ =. Täten DY:n ratkaisuksi saadaan y(x) = Ae x + Be x, A, B R. b) Sijoitetaan yrite y = ax + b differentiaaliyhtälöön y y y = x. Tällöin saadaan a (ax + b) = a b ax = x = a b =, a =, a =, b = 4. Siten yksittäisratkaisuksi saadaan y(x) = x + 4. c) DY:n y y y = x yleiseksi ratkaisuksi saadaan a-kohdan mukaisen homogeenisen yhtälön ratkaisun ja b-kohdan yksittäisratkaisun lineaarikombinaatio, eli y(x) = Ae x + Be x x + 4. Vakiot A ja B saadaan määrättyä alkuehdoista y() = A + B + 4 =, y () = A + B = A = 3, B = 5. Täten alkuarvotehtävän ratkaisuksi saadaan y(x) = 3 e x + 5 ex x + 4. Pisteytys: Jokaisesta kohdasta saa kaksi pistettä. a-kohdassa karakteristisen yhtälön juurista saa yhden pisteen. b-kohdassa yritteen sijoittaminen differentiaaliyhtälöön ja yhtälön muodostaminen vakioille a ja b oikeuttaa yhteen pisteeseen. c-kohdasta sai pisteen, jos osasi muodostaa DY:n yleisen ratkaisun a- ja b-kohtien ratkaisujen avulla.

4. a) Elliptisen kiekon x } D = 4 + y 9 positiivisesti suunnistettu reunakäyrä C voidaan parametrisoida seuraavasti } C = r(t) = cos ti + 3sin tj : t π. Greenin lauseella saadaan ala(d) = da = ( x D D x ( y) ) ( F da = D x F ) da π = F dr = F(r(t)) r (t) dt = π ( 3sin ti + cos tj) ( sin ti + 3cos tj) dt C π ( = 3 sin t + cos t ) dt = 3 π dt = 6π. b) Olkoon a k = k 3 k, joten a k kun k Z +. Suhdetestin nojalla saadaan joten sarja k= k a k+ = k + 3k a k 3k+ k = 3 3 k suppenee. ( + ) k k 3 <, Olkoon f (x) = x 3. Tällöin f (k) = k 3, k Z +, lisäksi f on jatkuva ja saa epänegatiivisia arvoja, kun x [, ). Koska f (x) dx = lim M joten sarja k= M dx x 3 = lim M M/ x = lim M k 3 suppenee integraalitestin nojalla. ( M ) = <, Pisteytys: a-kohdasta sai kaksi ja b-kohdasta neljä pistettä. a-kohdasta sai pisteen, jos osasi näyttää, että Greenin lauseella saa pinta-alan laskettua viivaintegraalista. b-kohdassa sopivan testin valinta tuotti kummassakin tapauksessa yhden pisteen, perusteluista sai toisen.