Kaavoja: Aalto-yliopisto. Hyperboliset ja trigonometriset funktiot: coshz = ez +e z. , sinhz = ez e z. 1. (a) Esitä polaarimuodossa kompleksiluku



Samankaltaiset tiedostot
KOMPLEKSIANALYYSI I KURSSI SYKSY exp z., k = 1, 2,... Eksponenttifunktion z exp(z) Laurent-sarjan avulla

Kompleksianalyysi, viikko 6

1. Viikko. K. Tuominen MApu II 1/17 17

Potenssisarja, suppenemissäde. Potenssisarja ja derivointi. Potenssisarja ja analyyttiset funktiot. Potenssisarja ja integrointi.

Reaalisten funktioiden integrointia kompleksianalyysin keinoin

2. Funktiot. Keijo Ruotsalainen. Mathematics Division

Mat Matematiikan pk KP3-i - kertaus

Residylaskenta ja sen sovelluksena äärettömien sarjojen summien laskeminen ja Mittag-Leerin laajennuslause

Matriisilaskenta Luento 10: Polaarimuoto ja kompleksilukujen geometriaa

Äärettömät raja-arvot

Mat Matematiikan peruskurssi K2

Reaalimuuttujan kompleksiarvoisen funktion integraali

Kompleksianalyysi, viikko 4

z Im (z +1) 2 = 0. Mitkä muut kompleksitason pisteet toteuttavat tämän yhtälön? ( 1) 0 z ( 1) z ( 1) arg = arg(z 0) arg(z ( 1)), z ( 1) z ( 1)

Mat Matematiikan peruskurssi KP3-i. Osa I. Kompleksiluvut. TKK lokakuuta Määritelmä ja perusominaisuuksia

Kompleksianalyysi Funktiot

Residylause ja sen sovelluksia

KOMPLEKSIANALYYSI I KURSSI SYKSY 2012

1 Määritelmä ja perusominaisuuksia. 2 Laskutoimitukset kompleksiluvuilla. 3 Reaaliluvut ja kompleksiluvut. 4 Kompleksilukujen algebraa

KOMPLEKSIANALYYSI I KURSSI SYKSY 2012

Kompleksianalyysi, viikko 5

6. Kompleksiluvut. Kompleksilukuja esiintyy usein polynomiyhtälöiden ratkaisuina. Esim:

1 Kompleksiluvut. Kompleksiluvut 10. syyskuuta 2005 sivu 1 / 7

Kompleksitermiset jonot ja sarjat

Kompleksiluvut Kompleksitaso Kompleksifunktiot ja kuvaukset Funktioiden raja-arvo, jatkuvuus ja derivaatta Eräitä kompleksifun.

Preliminäärikoe Tehtävät A-osio Pitkä matematiikka kevät 2016 Sivu 1 / 4

Lukujonot Z-muunnos Z-muunnoksen ominaisuuksia Z-käänteismuunnos Differenssiyhtälöt. Z-muunnos. 5. joulukuuta Z-muunnos

Diskreetin LTI-systeemin stabiilisuus

x 4 e 2x dx Γ(r) = x r 1 e x dx (1)

Integroimistekniikkaa Integraalifunktio

KOMPLEKSILUVUT C. Rationaaliluvut Q. Irrationaaliluvut

Kompleksianalyysi viikko 3

Perustehtävät. Kompleksitehtävät, 10/9/2005, sivu 1 / 10. Tehtävä 1. Sievennä 1.

Kompleksianalyysi ja integraalimuunnokset. Seppo Hassi

6 Eksponentti- ja logaritmifunktio

Kompleksinen Laplace-muunnos

z muunnos ja sen soveltaminen LTI järjestelmien analysointiin

Osittaisdifferentiaaliyhtälöt

Ratkaise tehtävä 1 ilman teknisiä apuvälineitä! 1. a) Yhdistä oikea funktio oikeaan kuvaajaan. (2p)

5. Z-muunnos ja lineaariset diskreetit systeemit. z n = z

KOMPLEKSIANALYYSI I KURSSI SYKSY 2012

Analyysi 1. Harjoituksia lukuihin 4 7 / Syksy Tutki funktion f(x) = x 2 + x 2 jatkuvuutta pisteissä x = 0 ja x = 1.

0. Kertausta. Luvut, lukujoukot (tavalliset) Osajoukot: Yhtälöt ja niiden ratkaisu: N, luonnolliset luvut (1,2,3,... ) Z, kokonaisluvut

Radiaanit. Kun kulman α suuruus nyt mitataan tämän kaaren pituutena, saadaan kulmaan arvo radiaaneissa.

Insinöörimatematiikka D, laskuharjoituksien esimerkkiratkaisut

5 Funktion jatkuvuus ANALYYSI A, HARJOITUSTEHTÄVIÄ, KEVÄT Määritelmä ja perustuloksia

MATP153 Approbatur 1B Harjoitus 6 Maanantai

5 Funktion jatkuvuus ANALYYSI A, HARJOITUSTEHTÄVIÄ, KEVÄT Määritelmä ja perustuloksia. 1. Tarkastellaan väitettä

Lukujonot Z-muunnos Z-muunnoksen ominaisuuksia Z-käänteismuunnos Differenssiyhtälöt. Z-muunnos. 1. joulukuuta Z-muunnos

Matemaattisen analyysin tukikurssi

MAT Laaja Matematiikka 1U. Hyviä tenttikysymyksiä T3 Matemaattinen induktio

Analyysi I. Visa Latvala. 3. joulukuuta 2004

z 1+i (a) f (z) = 3z 4 5z 3 + 2z (b) f (z) = z 4z + 1 f (z) = 12z 3 15z 2 + 2

Kompleksiluvut., 15. kesäkuuta /57

Matematiikan peruskurssi 2

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

Kompleksilukujen historia alkoi yhtälönratkaisusta. Lineaarisella yhtälöllä on aina yksi ratkaisu, mutta jo toisen asteen yhtälön

MATEMATIIKAN JAOS Kompleksianalyysi

Oulussa, kesäkuussa 2016 Jukka Kemppainen. The shortest route between two truths in the real domain passes through the complex domain

Matematiikan tukikurssi

KOMPLEKSIANALYYSI I KURSSI SYKSY 2012

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

1. Piirrä kompleksitasoon seuraavat matemaattiset objektit/alueet.

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

Derivaatta. Joukko A C on avoin, jos jokaista z 0 A kohti on olemassa ǫ > 0: jos z z 0 < ǫ, niin z A. f : A C on yksiarvoinen.

MS-A0102 Differentiaali- ja integraalilaskenta 1

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

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

TRIGONOMETRISET JA HYPERBOLISET FUNKTIOT

Funktiojonot ja funktiotermiset sarjat Funktiojono ja funktioterminen sarja Pisteittäinen ja tasainen suppeneminen

Taylorin sarja ja Taylorin polynomi

2 Funktion derivaatta

1 Kompleksiluvut 1. y z = (x, y) Kuva 1: Euklidinen taso R 2

1. Tarkastellaan kaksiulotteisessa Hilbert avaruudessa Hamiltonin operaattoria

Sini- ja kosinifunktio

a) Sievennä lauseke 1+x , kun x 0jax 1. b) Aseta luvut 2, 5 suuruusjärjestykseen ja perustele vastauksesi. 3 3 ja

Kompleksianalyysi I A

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

Preliminäärikoe Tehtävät A-osio Pitkä matematiikka kevät 2016 Sivu 1 / 4

z-muunnos ja differenssiyhtälöt

PRELIMINÄÄRIKOE. Pitkä Matematiikka

u = 2 u (9.1) x + 2 u

Epäyhtälöt 1/7 Sisältö ESITIEDOT: yhtälöt

JATKUVUUS. Funktio on jatkuva jos sen kuvaaja voidaan piirtää nostamatta kynää paperista.

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

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

Vastaus: 10. Kertausharjoituksia. 1. Lukujonot lim = lim n + = = n n. Vastaus: suppenee raja-arvona Vastaus:

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

LASKIN ON SALLITTU ELLEI TOISIN MAINITTU! TARKISTA TEHTÄVÄT KOKEEN JÄLKEEN JA ANNA PISTEESI RUUTUUN!

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

Kompleksianalyysi. Tero Kilpeläinen

exp(x) = e x x n n=0 v(x, y) = e x sin y

Matematiikan tukikurssi

Kompleksiluvut Kompleksitaso

Kompleksiluvut. JYM, Syksy /99

Matematiikan tukikurssi

Muista tutkia ihan aluksi määrittelyjoukot, kun törmäät seuraaviin funktioihin:

Mb8 Koe Kuopion Lyseon lukio (KK) sivu 1/2

MATEMATIIKAN KOE PITKÄ OPPIMÄÄRÄ

* Trigonometriset funktiot suorakulmaisessa kolmiossa * Trigonometristen funktioiden kuvaajat

Transkriptio:

Aalto-yliopisto Rasila/Murtola Mat-1.130 peruskurssi S3 Syksy 011 1. välikoe Ti 11.10.011 klo 16.00-19.00 Kokeessa saa käyttää ylioppilaskirjoituksessa sallittua laskinta mutta ei taulukkokirjaa. 1. (a) Esitä polaarimuodossa kompleksiluku 1+i 1 i. (b) Onko funktio f(z) = (z) analyyttinen? Perustele vastauksesi. (c) Olkoon u(x,y) = Re(f(z)), z = x+iy ja f kuten b-kohdassa. Osoita, että u harmoninen. Mikä on u:n harmoninen konjugaattifunktio?. (a) Etsi Möbius-kuvaus, joka vie pisteet 0, i ja i pisteiksi 1, 0, ja. (b) Mikä on potenssisarjan (z +i) n n=1 kehityskeskus? Määritä sarjan suppenemissäde. 3. Laske kompleksinen polkuintegraali f(z)dz, missä on kolmio kärkipisteinä 0, 1, 1 + i, vastapäivään kierrettynä, kun a) b) n f(z) = 1 z i, f(z) = Imz. 4. Laske residymenetelmää käyttäen trigonometrinen integraali π 0 sin θ 5 4cosθ dθ. Kaavoja: Hyperboliset ja trigonometriset funktiot: coshz = ez +e z, sinhz = ez e z, tanhz = sinhz coshz, auchy-riemannin yhtälöt: Möbius-kuvaukset: Polkuintegraali: coshz cothz = sinhz, cosθ = eiθ +e iθ, sinθ = eiθ e iθ, i sin(x±y) = sin(x)cos(y)±cos(x)sin(y), cos(x±y) = cos(x)cos(y) sin(x)sin(y) x u(x,y) = y v(x,y), y u(x,y) = x v(x,y). (w w 1 )(w w 3 ) (w w 3 )(w w 1 ) = (z z 1)(z z 3 ) (z z 3 )(z z 1 ). auchyn integraalilause: auchyn integraalikaava: Laurentin sarja: Residylause: f(z)dz = n=0 b a f ( z(t) ) z (t)dt. f(z)dz = 0. f(z) z z 0 dz = πif(z 0 ). f(z) = a n (z z 0 ) n b n + (z z 0 ) n. f(z)dz = πi n=1 k Res f(z). z=z j j=1 Vihje: Viereisellä sivulla olevat kaavat voivat virkistää muistia.

ADDD EF ADE F F DD DEEEEDEEDEDEEEEDAEE FDDDEAAEAAEE EEAEDEAEAAAEAAAAAED FAEDEEEAEADDEE AAEEDD EEA A!ADDDDE "EAADED# ADEAADDD D DE$ AAEAEEEE$ EEE%E&EEE$ 'D(D E)*EEEE +$*DD%DE,D&E DDDE(D DED#DE+AADAAEAEAAAE(D(EDEE +$AEAA-./EA ADE,01DE($AA$ A -/EA D

1 A 1 AEAA 1 0 EAAEAE3DEDEE D DEDAAEEDEAEA-./EA A$ AEAAEEEAEE$ EEE$1 DEEA(%,&01 4 41DDDED$1 %EEDEDEA1$EA$EEE,$%,01&EE& DEEEEA(%,&DED$ 'DD%1&0/E%(%,&&,01(E5D'DEADDEFAD $DED#(D) 6DDDEEED DE$EE5D ADDE!AA$DED#(D +$AEAA-./EA A%DDED#(DEE DE&$ 1 +D A 1 %!AEA-/A ADEED$& 7E#DEDEEA$EE A 1 A%1&DD(D1$A DE-/A EEE

A A 1D 8EAA$EEEEDEEAAA$AEEA9E EEEEDE1EEA+AE%1&0#%&0D%A & E A 1AEF +$ D EA(D D ED%EAA,01& D5D(DDD#DDEE AE (DDE#AAD A 1 D DEDDED$ DEE$ AEEEE$EEAEA!F 5DEEEE: AEAAF 5EAEAA ; ; ; ; DEAAEE%DDEE,$EE&EEA$ <AE ADDDAEAEDDDEEEDE DE F F F DAAEAA

DD,$ *EEAEADAAA DEA "DDE AAAAA ="EAEDDEDEAEE EE: :F 5AEAAEEEAEEDEDD >D?:DEADD>D?$EE *DEAAE EEDED F F F @ DEDEEED AAEAEAA AAE EDDDEEEDAAAEEEE DEEAAAAF 5EAEE D 'EA $ EEDD$ 'EAAEA%DEDEDE&$; FADDE EE)FAAAEEAE *DEDEEDD E EEEEAAAEAEE, 0EEAEE EEAEE A E E A

ADDEA,EAEDEEEAEEEDEE DE D DEEE$ DEEEEAEEAEEE$ DEEEAE$,$EEAEE$15D F "EEDE#DAEADEDAAA &+$E(D DEDDE#DDEEA(DEEEEE ED EEAEEAEDEE#DD-.E#EE DD AEDEEEEEA+AAEEAEAEE EA F AA(DAEDE%EADEEEDE D(DDEEEEAA&EEE DEAEAAEDEEEEE#E DAAADEEEDEEA EEAEE E#DDEEEE -.E#EAAEAAADAAAAEEEEEEAAE EEEEFAA EEAEAE%AA(D AEEEEEEEEEE&DDDE +$*DE#DE EDDEE#+AA DEAAED D 7E#EAEE$; 7E#EEE$1 -.E#$1 +7$ 'EED$ FD$ 7E#DDED$ AEEEE$EEEE AAAEDAAADD$1

8(DD(%,&07=,@ 3DEDEEDE-.E#EEDAAAFAED EADEAAAEEE+AAEEEEA EE%E(DAAAE& 'EDEDDE#EEE$ *D *D *D ; 8AE#D((EEE F F F; EE#E $ $ ;$ ED ED ED DDDE#D ADDEA, $A%0;,ED&DE#AADDD EE7#AADDEEE$ED+AAEEA EDEE 7E#DAAEDDEEE8DDEDEAEE (DDEE+A DE#D EDEAE AAEEA D

*ED$ FD$ 7E#D$ 7E#D(DE$A$1

S3 S011 VK1 tehtävän 4 malliratkaisu ja pisteytys Tehtävänä on laskea trigonometrinen integraali käyttäen Residy-menetelmää. Havaitaan, että kun z = z(θ) = e iθ niin z + 1 z = eiθ +e iθ = cosθ, (1) z 1 z = eiθ e iθ = isinθ. () Eli trigonometriset funktiot voidaan esittää kompleksiluvun z avulla. Suoritetaan siis integraaliin muuttujan vaihto θ z. Muuntokertoimeksi saadaan: Itse integraaliksi tulee siis: π 0 dz = z(θ) θ dθ = ieiθ dθ = izdθ, (3) dθ = 1 dz. (4) iz sin θ 5 4cosθ dθ = ( 1(z 1 i z )) 1 5 4( 1(z + 1)) dz (5) iz z = i (z 1 z ) 4 5z z(z + 1 (6) )dz z = i (z 1) dz (7) 4 z (5z z ) = i (z 1) 4 z (z 1 (8) )(z )dz = i (z 1) 8 z (z 1 (9) )(z )dz missä kiertää yksikköympyrän kehän kerran vastapäivään. Tämä sijoitus johtaa rationaalifunktion integraaliin. Rationaalifunktio on analyyttinen, joten integraalin arvo saadaan laskettua Residylauseella. Nimittäjällä on kolme nollakohtaa {0, 1,}. Näistä kaksi ensimmäistä sijaitsevat yksikköympyrän sisäpuolella. Näistä ensimmäinen on toisen kertaluvun napa ja kaksi jälkimmäistä ensimmäisen kertaluvun napoja. f(z)dz = πi k Resf(z) (10) z=z j j=1 = πi(res f(z)+res f(z)). (11) z=0 z= 1 1

Lasketaan Residyt: d (z 1) Resf(z) = lim z=0 z 0 dz z z (z 1)(z ) (1) Res z= 1 d (z 1) = lim z 0 dz(z 1)(z ) (13) [ (z 1) 4z = lim z 0 (z 1 )(z ) z 1 1 z 1 1 ] (14) z = 5, (15) f(z) = lim(z 1 z 1 ) (z 1) z (z 1)(z ) (16) = lim z 1 (z 1) z (z ) = 3. (17) Eli: π 0 sin θ 5 4cosθ dθ = i 8 (z 1) z (z 1 (18) )(z )dz = i 8 πi(resf(z)+res f(z)) (19) z=0 z= 1 = π ( 5 4 3 ) = π 4. (0) Pisteytys noudattaa seuraavia periaatteita: 0 p. Integraali on laskettu muutoin kuin Residylauseen avulla (esimerkiksi numeerisesti tai trigonometrisellä sijoituksella). +1 p. Idean keksimisestä (integraalin muuntaminen sijoituksella, parametrisaatiolla tai muulla vastaavalla tavalla). +1 p. Oikean sijoituksen käyttö. 0 p. Integrointipolkua ei ole mainittu. (Tämä pitää aina tehdä, mutta koska kyseessä on "insinöörimatematiikka"...) 1 p. Yksikköympyrän ulkopuolisen navan Residy on otettu mukaan laskuun. +1 p. Oikein käytetty Residylause. + p. Oikein lasketut Residyt. Piste kummastakin. +1 p. Oleelliselta muodoltaan oikea lopputulos. 1 p. Pieni virhe. Tätä kohtaa voidaan soveltaa useaan otteeseen. Tehtävän pisteet arvioidaan näillä kriteereillä, minkä jälkeen ne pyöristetään normaalien pyöristyssääntöjen mukaan kokonaisiksi pisteksi. Negatiiviset pistemäärät vastaavat 0 p suoritusta.