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

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

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

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

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

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

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

Aalto-yliopiston perustieteiden korkeakoulu Matematiikan ja systeemianalyysin laitos

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

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

MS-A0205/MS-A0206 Differentiaali- ja integraalilaskenta 2 Luento 3: Osittaisderivaatta

Derivaatat lasketaan komponenteittain, esimerkiksi E 1 E 2

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

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

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

Kirjoita jokaiseen koepaperiin nimesi, opiskelijanumerosi ym. tiedot! Laskin (yo-kirjoituksissa hyväksytty) on sallittu apuväline tässä kokeessa!

Differentiaali- ja integraalilaskenta 3 Harjoitus 4/ Syksy 2017

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

Aalto-yliopiston perustieteiden korkeakoulu Matematiikan ja systeemianalyysin laitos

1.7 Gradientti ja suunnatut derivaatat

Matematiikan perusteet taloustieteilij oille I

Matematiikan peruskurssi (MATY020) Harjoitus 10 to

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

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

Differentiaali- ja integraalilaskenta 1 Ratkaisut 5. viikolle /

läheisyydessä. Piirrä funktio f ja nämä approksimaatiot samaan kuvaan. Näyttääkö järkeenkäyvältä?

Matematiikka B1 - TUDI

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

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

Differentiaali- ja integraalilaskenta 2 TFM Laskuharjoitus 2L

MATP153 Approbatur 1B Harjoitus 5 Maanantai

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

Matematiikan tukikurssi

y 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

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

Matematiikka B1 - avoin yliopisto

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

MATEMATIIKAN JA TILASTOTIETEEN LAITOS Analyysi I Harjoitus alkavalle viikolle Ratkaisuehdotuksia (7 sivua) (S.M)

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

Differentiaalilaskenta 1.

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

Oletetaan sitten, että γ(i) = η(j). Koska γ ja η ovat Jordan-polku, ne ovat jatkuvia injektiivisiä kuvauksia kompaktilta joukolta, ja määrittävät

3 = Lisäksi z(4, 9) = = 21, joten kysytty lineaarinen approksimaatio on. L(x,y) =

2 Osittaisderivaattojen sovelluksia

Vektorilaskenta, tentti

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

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

sin(x2 + y 2 ) x 2 + y 2

BM20A0300, Matematiikka KoTiB1

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

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

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

Differentiaali- ja integraalilaskenta 3 Ratkaisut viikko 3

x 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

Derivaatan sovellukset (ääriarvotehtävät ym.)

Differentiaali- ja integraalilaskenta 3 Mallit laskuharjoitukseen 3 /

MS-A0107 Differentiaali- ja integraalilaskenta 1 (CHEM)

Differentiaali- ja integraalilaskenta 1 Ratkaisut 2. viikolle /

LUKU 3. Ulkoinen derivaatta. dx i 1. dx i 2. ω i1,i 2,...,i k

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

MS-A0205/MS-A0206 Differentiaali- ja integraalilaskenta 2 Luento 10: Napa-, sylinteri- ja pallokoordinaatistot. Pintaintegraali.

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

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

Osittaisdifferentiaaliyhtälöt

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

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

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

MS-C1350 Osittaisdifferentiaaliyhtälöt Harjoitukset 5, syksy Mallivastaukset

(a) avoin, yhtenäinen, rajoitettu, alue.

F dr = F NdS. VEKTORIANALYYSI Luento Stokesin lause

Differentiaaliyhtälöt I, kevät 2017 Harjoitus 3

Normaaliryhmä. Toisen kertaluvun normaaliryhmä on yleistä muotoa

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

MATEMATIIKAN PERUSKURSSI II

Differentiaali- ja integraalilaskenta 3 Laskuharjoitus 7 /

MATP153 Approbatur 1B Harjoitus 6 Maanantai

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

Demonstraatioharjoitus 1, pe 17.1

Differentiaali- ja integraalilaskenta 1 Ratkaisut 3. viikolle /

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

j(j 1) = n(n2 1) 3 + (k + 1)k = (k + 1)(k2 k + 3k) 3 = (k + 1)(k2 + 2k + 1 1)

Viikon aiheet. Funktion lineaarinen approksimointi

MATEMATIIKAN PERUSKURSSI II

4.3.7 Epäoleellinen integraali

Differentiaali- ja integraalilaskenta 2 Laskuharjoitus 4 / vko 40

1. Määritä funktion f : [ 1, 3], f (x)= x 3 3x, suurin ja pienin arvo.

Mapu 1. Laskuharjoitus 3, Tehtävä 1

u = 2 u (9.1) x + 2 u

2 Funktion derivaatta

Mat Matematiikan peruskurssi C2

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

Tutki, onko seuraavilla kahden reaalimuuttujan reaaliarvoisilla funktioilla raja-arvoa origossa: x 2 + y 2, d) y 2. x + y, c) x 3

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 =

3.1 Väliarvolause. Funktion kasvaminen ja väheneminen

2 exp( 2u), kun u > 0 f U (u) = v = 3 + u 3v + uv = u. f V (v) dv = f U (u) du du f V (v) = f U (u) dv = f U (h(v)) h (v) = f U 1 v (1 v) 2

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

Vektorianalyysi II (MAT21020), syksy 2018

Satunnaismuuttujien muunnokset ja niiden jakaumat

DI matematiikan opettajaksi: Täydennyskurssi, kevät 2010 Luentorunkoa ja harjoituksia viikolle 11: ti klo 13:00-15:30

= ( 1) 2 u tt (x, t) = u tt (x, t)

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

Transkriptio:

MS-A0207 Differentiaali- ja integraalilaskenta 2 (Chem) Tentti ja välikokeiden uusinta 8..206 Gripenberg, Nieminen, Ojanen, Tiilikainen, Weckman Kirjoita jokaiseen koepaperiin nimesi, opiskelijanumerosi ym. tiedot! Laskimia tai taulukoita ei saa käyttää tässä kokeessa! Kirjoita selvästi jokaiseen paperiin minkä kokeen suoritat. Tentin tehtävät ovat, 4, 5, 7 ja 8. Uusintavälikokeiden tehtävät ovat:. vk: 4, 2. vk: 5 8.. (a) Osoita, että lim (x,y) (0,0) xy 2 x 4 + y 2 = 0. (b) Löytyykö funktio f(x, y, z) jonka osittaisderivaatat x:n ja z:n suhteen ovat 2xy + z + y 2 ja y 2 + 2x? Perustele! Ratkaisu: (a) Jos y 0 niin xy 2 x 4 + y 2 x y2 y 2 x, koska x 4 + y 2 y 2 ja jos y = 0 niin xy2 x 4 +y 2 = 0 x. Nyt lim (x,y) (0,0) x = lim x 0 x = 0 ja xy kuristusperiaatteen nojalla seuraa, että lim 2 (x,y) (0,0) = 0. x 4 +y 2 (b) Jos f x (x, y, z) = 2xy + z + y 2 niin f xz (x, y, z) = ja jos f z = y 2 + 2x niin f zx (x, y, z) = 2 jolloin f xz f zx mikä on mahdotonta koska kaikki osittaisderivaatat ovat tässä tapauksessa jatkuvia. Näin ollen tällaista funktiota ei löydy. 2. (a) Osoita, että funktio u(x, y) = ln(x 2 + y 2 ) toteuttaa differentiaalyhtälön u xx + u yy = 0 joukossa { (x, y) R 2 : (x, y) (0, 0) }. (b) Funktio u(t, x) toteuttaa osittaisdifferentiaaliyhtälön u t = 2u xx. Määritä positiivinen vakio c siten, että funktio v(s, y) = u(2s, cy) toteuttaa osittaisdifferentiaaliyhtälön v s = v yy.

Ratkaisu: (a) josta seuraa, että u x (x, y) = 2x x 2 + y, 2 u y (x, y) = 2y x 2 + y, 2 u xx (x, y) = 2(x2 + y 2 ) 4x 2 (x 2 + y 2 ) 2, u yy (x, y) = 2(x2 + y 2 ) 4y 2 (x 2 + y 2 ) 2, u xx (x, y)+u yy (x, y) = 2(x2 + y 2 ) 4x 2 + 2x(x 2 + y 2 ) 4y 2 (x 2 + y 2 ) 2 = 4(x2 + y 2 ) 4x 2 4y 2 (x 2 + y 2 ) 2 = 0. (b) Ketjusäännön nojalla pätee v s (s, y) = 2u t (2s, cy) ja v yy (s, y) = c 2 u xx (2s, cy). Koska u t (t, x) = 2u xx (t, x) niin pätee myös u t (2s, cy) = 2u xx (2s, cy) eli 2 v s(s, y) = 2 c 2 v yy(s, y) eli v s (s, y) = 4 c 2 v yy(s, y). Tästä näemme, että jos valitsemme c = 2 niin pätee v s = v yy.. Funktiosta f tiedetään, että f(2, ) =.57, f(2., 2.9) =.55 ja f(.9, 2.8) =.56. Määritä derivaatan avulla luvun f(2.2,.) approksimaatio. Ratkaisu: Koska f(x + x, y + y) f(x, y) f x (x, y) x + f y (x, y) y niin saamme eli.55.57 = f(2 + 0., 0.) f(2, ) f x (2, ) 0. + f y (2, ) ( 0.),.56.57 = f(2 0., 0.2) f(2, ) f x (2, ) ( 0.) + f y (2, ) ( 0.2), 0.2 f x (2, ) f y (2, ), 0. f x (2, ) 2f y (2, ). Tästä seuraa f y (2, ) 0. ja f x (2, ) 0. jolloin f(2.2,.) f(2, ) + f x (2, ) 0.2 + f y (2, ) 0..57 0. 0.2 + 0. 0. =.56. 4. Esitä miten Newtonin menetelmällä voidaan approksimatiivisesti ratkaista yhtälösysteemi x 2 = y +, y 2 = x + 2. Laske yksi iteraatiokierros alkuarvoilla x 0 =, y 0 = tai selitä millä Matlab/Octaven komennoilla voisit laskea monta iteraatiokierrosta. Ratkaisu: Kirjoitamme [ x f(x) = 2 y x y 2, x =, x 2 y]

joten Nyt meidän pitää laskea ja samme [ x = ] [ 2 2 Jos jatkamme saamme.8202 x 2 =, x 2.0496 = 2x f (x) =. 2y x n+ = x n f (x n ) f(x n ), ] [ 2 ] [ [ 2 = ].75, x.9 4 = Matlab/Octavea varten määrittelemme ensin funktion f: f=@(x)[x()ˆ2-x(2)-;x(2)ˆ2-x()-2] sitten derivaatan fp=@(x)[2*x(),-;-, 2*x(2)] ja alkuarvon x=[;] jonka jälkeen voimme toistaa komennon x=x-fp(x)\f(x) riittävän monta kertaa. 2 ] = 2.707, x.926 5 = [ 7 ] 8..706..926 5. Yhtälösysteemi y 4 z 2 uy vz =, z + u 2 2y v =, määrittää y:n ja z:n muuttujien u ja v funktioina siten että y(, ) = ja z(, ) =. Laske z v (, ). Ratkaisu: Derivoimalla molemmat yhtälöt muuttujan v suhteen saamme 4y(u, v) z(u, v) 2 y v (u, v) + 2y(u, v) 4 z(u, v)z v (u, v) uy v (u, v) z(u, v) vz(u, v) 2 z v (u, v) = 0, z v (u, v) 2y v (u, v) = 0. Koska y(, ) = ja z(, ) = niin saamme sijoittamalla u = v = yhtälösysteemin y v (, ) z v (, ) =, 2y v (, ) + z v (, ) =. Laskemalla yhteen saamme y v (, ) = 2 ja sijoittamalla tämän tuloksen toiseen yhtälöön saamme z v (, ) = 5.

6. Kahden muuttujan funktiosta f : R 2 R tiedetään, että se on derivoituva kaikissa pisteissä, derivaatan ainoat nollakohdat ovat (, 2) ja (, ) ja funktion arvoista on laskettu seuraavat: f(0, 0) = 0, f(4, 0) = 6, f(4, 4) = 5, f(2, 0) = 9, f(, 2) = 7, f(, ) =. Mitä voit tämän tiedon perusteella sanoa funktion suurimmasta arvosta joukossa Ω = { (x, y) : 0 x 4, 0 y x }? Mitä sinun pitäisi tehdä jotta voisit määrittää funktion pienimmän arvon joukossa Ω? Ratkaisu: Piste (, ) ei ole joukossa Ω mutta kaikki muut pisteet, joissa funktion arvo on laskettu, kuuluvat joukkoon Ω. Näin ollen voimme vetää johtopäätöksen, että funktion suurin arvo on vähintään 9. Funktion pienimmän arvon määrittämiseksi meidän pitää laskea funktion arvo niissä reunan Ω pisteissä missä pienin arvo mahdollisesti saavutetaan, eli tässä tapauksessa funktioiden f(x, 0), 0 < x < 4, f(4, y), 0 < y < 4 ja f(x, x), 0 < x < 4 derivaattojen nollakohdat. 7. Määritä funktion x + 2y suurin arvo kun x 2 + 2y 2 = 9 käyttämällä Lagrangen kerrointa. Ratkaisu: Olkoon Ehdosta L = 0 saamme yhtälösysteemin L(x, y, λ) = x + 2y + λ(x 2 + 2y 2 9). + 2xλ = 0 2 + 4yλ = 0 x 2 + 2y 2 9 = 0. Kahdesta ensimmäisestä yhtälöstä seuraa, että xλ = yλ ja siten x = y (koska jos λ = 0 niin 2xλ = 0 ). Kolmannesta yhtälöstä seuraa silloin, että x 2 = 9 eli x = y = ±. Jos x = y = niin x + 2y = ja jos x = y = niin x + 2y =. Funktiot f(x, y) = x + 2y ja g(x, y) = (x 2 + 2y 2 9 ovat jatkuvasti derivoituvia ja jälkimmäisen funktion derivaatta [ 2x 4y ] on nolla ainostaan origossa, joka ei ole käyrällä g(x, y) = 0. Lisäksi joukko { (x, y) : x 2 +2y 2 = 9 } on suljettu ja rajoitettu joten jatkuva funktio f saavuttaa suurimman ja pienimmän arvonsa Lagrangen funktion derivaatan nollakohdassa. Suurin arvo on siis ja se saavutetaan pisteessä x = y =. 8. Laske integraali y dx dy kun Ω = { (x, y) : x 2 + y 2 9, 0 y x } käyttämällä napakoordinaatteja. Ω Ratkaisu: Kun käytämme napakoordinaatteja, eli x = r cos(θ), y = r sin(θ),

niin dx dy = rdr dθ. Koska x 2 + y 2 9 kun 0 r, y 0 kun 0 θ π ja y x kun π θ 7π niin näemme, että (x, y) Ω jos ja vain jos 0 r ja π θ π. Näin ollen 4 4 4 π ( ) ( π / ) y dx dy = r sin(θ)r dr dθ = r sin(θ) dθ Ω = π 27 sin(θ) dθ = 0 / π 0 ( 27 cos(θ)) = 27 cos(π) + 27 cos( 27 π) = 27. 4 2