Kortfattet svar til eksamen i Matematik F2 d. 21. juni 2017

Relaterede dokumenter
Svar til eksamen i Matematik F2 d. 23. juni 2016

Matematik F2 Opgavesæt 6

Eksamen i Matematik F2 d. 19. juni Opgave 2. Svar. Korte svar (ikke fuldstændige)

Besvarelse til eksamen i Matematik F2, 2012

Løsningsforslag til opgavesæt 5

Løsningsforslag til opgavesæt 5

Formelsamling - MatF2. Therkel Zøllner og Amalie Christensen 27. juni 2009

(c) Opskriv den reelle Fourierrække for funktionen y(t) fra (b), og afgør dernæst om y(t) er en lige eller ulige funktion eller ingen af delene.

Note om Laplace-transformationen

Besvarelser til Calculus Ordinær Eksamen Januar 2019

Kompleks Funktionsteori

MATEMATIK 3 EN,MP 17. september 2014 Oversigt nr. 1

Matematik F2 Opgavesæt 2

Besvarelser til Calculus Ordinær Eksamen Juni 2018

Eksamen i Mat F, april 2006

Besvarelser til Calculus Ordinær Eksamen - 3. Januar 2017

Besvarelser til Calculus Ordinær Eksamen - 5. Januar 2018

Besvarelser til Calculus Ordinær eksamen - Forår - 6. Juni 2016

Besvarelser til Calculus Ordinær Eksamen Juni 2019

Noter til MatF2 på KU (Matematik for Fysikere 2)

Besvarelser til Calculus Ordinær Eksamen Juni 2017

z j 2. Cauchy s formel er værd at tænke lidt nærmere over. Se på specialtilfældet 1 dz = 2πi z

Eksamen i Calculus. 14. juni f (x, y, z) = 1 + x 2 + y 2. x 2 + y 2 1 Hele rummet uden z aksen

Besvarelser til Calculus Ordinær Eksamen Juni 2017

Prøveeksamen MR1 januar 2008

Besvarelser til Calculus Ordinær eksamen - Efterår - 8. Januar 2016

Eksamen i Calculus. 14. juni f (x, y, z) = 1 + x 2 + y 2. Hele rummet uden z aksen

Eksamen i Calculus. 14. juni f (x, y, z) = 1 + x 2 + y 2. x 2 + y 2 1 Hele rummet uden z aksen

To find the English version of the exam, please read from the other end! Eksamen i Calculus

MATEMATIK 3 ET,MP, FYS, NANO 29. august 2012 Oversigt nr. 1

SUPPLERENDE OPGAVER TIL KOMPLEKS FUNKTIONSTEORI F2005

Eksamen i Mat F, april 2006

MATEMATIK 3 EN,MP 30. august 2013 Oversigt nr. 1

DesignMat Den komplekse eksponentialfunktion og polynomier

Mat H 2 Øvelsesopgaver

Eksamen i Calculus. Onsdag den 1. juni Første Studieår ved Det Teknisk-Naturvidenskabelige Fakultet og Det Sundhedsvidenskabelige Fakultet

Opgaver til f(z) = 1 z 4 1, g(z) = 1

Indhold. Litteratur 11

Eksamen i Calculus Tirsdag den 3. juni 2014

To find the English version of the exam, please read from the other end! Eksamen i Calculus

(Prøve)Eksamen i Calculus

To find the English version of the exam, please read from the other end! Eksamen i Calculus

Reeksamen i Calculus. Første Studieår ved Det Tekniske Fakultet for IT og Design samt Det Ingeniør- og Naturvidenskabelige Fakultet. 17.

MATEMATIK 3 EN3,MP3 28. august 2015 Oversigt nr. 1

Idenne note giver vi et eksempel på, hvorledes det er vigtigt at holde sig

Eksamen i Calculus. Første Studieår ved Det Tekniske Fakultet for IT og Design samt Det Ingeniør- og Naturvidenskabelige Fakultet. 5.

Matematik F2 Opgavesæt 1

Eksamen i Calculus. Første Studieår ved Det Tekniske Fakultet for IT og Design samt Det Ingeniør- og Naturvidenskabelige Fakultet. 3.

To find the English version of the exam, please read from the other end! Eksamen i Calculus

Nøgleord og begreber Komplekse tal Test komplekse tal Polære koordinater Kompleks polarform De Moivres sætning

DESIGNMAT FORÅR 2012: UGESEDDEL Forberedelse Læs alle opgaverne fra tidligere ugesedler, og læg særlig mærke til dem du har spørgsmål til.

DOK-facitliste DOK. DOK-facitliste 1

Besvarelser til Calculus Reeksamen August 2017

Notesæt - Eksempler på polær integration

Opgave 1 Opskriv følgende vinkler i radianer 180, 90, 135, 270, 60, 30.

Den homogene ligning. Vi betragter den n te ordens, homogene, lineære differentialligning. d n y dt n. an 1 + any = 0 (1.2) dt. + a1 d n 1 y dt n 1

INSTITUT FOR MATEMATIK OG DATALOGI. TIDLIGERE EKSAMENSOPGAVER MM501 Calculus I, MM502 Calculus II Januar 2006 juni 2010

DesignMat Uge 1 Gensyn med forårets stof

To find the English version of the exam, please read from the other end! Eksamen i Calculus

MATEMATIK 11 Eksamensopgaver Juni 1995 Juni 2001, 4. fjerdedel

MM501 forelæsningsslides

Nøgleord og begreber Separable ligninger 1. ordens lineær ligning August 2002, opgave 7 Rovdyr-Byttedyr system 1. ordens lineært system Opgave

Vektoranalyse INDLEDNING. Indhold. 1 Integraltricks. Jens Kusk Block Jacobsen 21. januar 2008

Oversigt [S] 7.3, 7.4, 7.5, 7.6; [DL] 1, 2

Matematik F2 Opgavesæt 1

Eksamen i Calculus Fredag den 8. januar 2016

Komplekse tal og rækker

1. Vis, at hvis realdelen af en holomorf (analytisk) funktion er konstant (på et åbent område) er funktionen konstant.

Reeksamen i Calculus

Epistel E2 Partiel differentiation

DOK DOK-facitliste 1. DOK-facitliste

Kalkulus 2 - Grænseovergange, Kontinuitet og Følger

Reeksamen i Calculus

Oversigt Matematik Alfa 1, August 2002

Heisenbergs usikkerhedsrelationer. Abstrakt. Hvorfor? Funktionsrum. Nils Byrial Andersen Institut for Matematik. Matematiklærerdag 2013

INSTITUT FOR MATEMATIK OG DATALOGI. TIDLIGERE EKSAMENSOPGAVER MM01 Juni 1993 marts 2006

Nøgleord og begreber. Definition 15.1 Den lineære 1. ordens differentialligning er

To find the English version of the exam, please read from the other end! Eksamen i Calculus

Komplekse Tal. 20. november UNF Odense. Steen Thorbjørnsen Institut for Matematiske Fag Århus Universitet

Oversigt [S] 7.3, 7.4, 7.5, 7.6; [LA] 15, 16, 17

MATEMATIK 11 Eksamensopgaver Juni 1995 Juni 2001, 3. fjerdedel

Matematik F Et bud på hvordan eksamenssæt løses

Appendiks- og bilagssamling

Calculus Uge

Vektorfelter langs kurver

DesignMat Uge 1 Repetition af forårets stof

Eksamen i Calculus Mandag den 8. juni 2015

To find the English version of the exam, please read from the other end! Eksamen i Calculus

qwertyuiopåasdfghjklæøzxcvbnmqw ertyuiopåasdfghjklæøzxcvbnmqwert yuiopåasdfghjklæøzxcvbnmqwertyui Polynomier opåasdfghjklæøzxcvbnmqwertyuiopå

Nøgleord og begreber Analysens hovedsætning Stamfunktioner Itereret integral Test itereret integral Fubinis sætning Test Fubini Eksempler Test produkt

MATEMATIK 3 EN,MP 28. august 2014 Oversigt nr. 1

Wigner s semi-cirkel lov

Besvarelser til de to blokke opgaver på Ugeseddel 7

Københavns Universitet, Det naturvidenskabelige Fakultet. Afleveringsopgave 1

4. Differentialligninger i højere dimension, Dirichlet problemet

Matematisk modellering og numeriske metoder

GEOMETRI-TØ, UGE 12. A σ (R) = A f σ (f(r))

Fourier transformationen

n=1 er veldefineret for alle følger for hvilke højresiden er endelig. F.eks. tilhører følgen

Lotka-Volterra modellen

Transkript:

Kortfattet svar til eksamen i Matematik F2 d. 2. juni 27 Opgave Bestem for følgende tilfælde om en funktion f(z) af z = x + iy er analytisk i dele af den komplekse plan, hvis den har real del u(x, y) og imaginær del v(x, y) givet ved a) u(x, y) = 3(x 2 y 2 ) 4xy, og v(x, y) = 7(x 2 y 2 ) + 6xy b) u(x, y) = e x2 y 2 cos(2xy), og v(x, y) = e x2 y 2 sin(2xy) For at finde ud af om funktionerne er analytiske benytter vi Cauchy-Riemann betingelserne. a) Vi finder at og b) Vi finder at og y v = 6x 4y = x y = 6y 4x = v x x = y 2 2ex2 (x cos(2xy) y sin(2xy)) = v y y = 2ex2 y 2 ( y cos(2xy) x sin(2xy) = v x u(x, y) = e x2 y 2 cos(2xy), og v(x, y) = e x2 y 2 sin(2xy) Dvs. da Cauchy-Riemann betingelserne er opfyldt for begge funktioner er de begge analytiske. Opgave 2 Find alle singulariteter og bestem ordenen af eventuelle poler for følgende udtryk a) b) z 2 + 6z 7 (z 2) 3 (z + 7) 5 z + cos z Side af 6

a) Efter en lille omskrivning af polynomiet i tælleren får vi z 2 + 6z 7 (z + 7)(z ) (z 2) 3 = (z + 7) 5 (z 2) 3 (z + 7) 5 = (z ) (z 2) 3 (z + 7) 4 Fra dette kan vi se, at der er en pol af orden 3 i z = 2 og en pol af orden 4 i z = 7. b) Vi foretager en ekspansion af cos(z) omkring z = πm (for m som heltal) og benytter z = ξ + πm, og får z + cos z = z + + k= ( )k ξ 2k (2k!) = z + ξ 2 [ /2 + ξ 4 /4! O(ξ 6 )] = ξ + πm + g(ξ) ξ 2 () Opgave 3 Da g() = /2 ser man, at der er en pol af orden 2 i z = πm eller ækvivalent for ξ =. Find Laurantrækkerne omkring punkterne z for funktionerne a) f(z) = z3 (z ), hvor z = b) f(z) = ln ( z) z 7, hvor z = a) Funktionen er analytisk for z =, dvs. Laurantrækken identisk på med Taylorrækken, som er z 3 (z ) = z3 ( z) = k= z k+3 b) ln ( z) z 7 = z 7 k= z k k Side 2 af 6

Opgave 4 Udregn følgende integrale ved kontourintegration i den komplekse plan 2π e 2iθ 4e 2iθ + dθ Vi benytter omskrivningen z = e iθ og omskriver til et kontourintegrale på enhedscirklen benævnt C. 2π e 2iθ 4e 2iθ + dθ = z 2 dz C 4z 2 + iz = ( ) z dz = 2πi Res(z = i/2)+res(z = i/2) 4i C (z i/2)(z + i/2) Vi finder herfra, at Opgave 5 2π e 2iθ 4e 2iθ + dθ = π/2 Benyt et passende valg af kurveintegraler i den komplekse plan til at udregne integralet (langs den reelle akse) (x i)(x 2i)(x 3i)(x 4i) dx Husk at argumentere for værdien af integralet langs de valgte kurver. Der findes ingen poler i den nedre halvplan. Hvis man lukker integrationsvejen med en halvcirkel i den nedre plan får man direkte at integralet er lig nul. Dette følger eftersom at for x, går integranden approksimativt som x 4, dvs. integralet langs halvcirklen i nedre halvplan bidrager ikke. Opgave 6 Benyt et passende valg af kurveintegraler i den komplekse plan til at udregne integralet (langs den reelle akse) sin 2 x x 2 + π 2 dx Husk at argumentere for værdien af integralet langs de valgte kurver. Side 3 af 6

Bemærk, at integralet kan omskrives på følgende form sin 2 x x 2 + π 2 dx = 4 e 2ix 2 x 2 + π 2 dx 4 e 2ix x 2 + π 2 dx jvf. Jordans lemma, så kan vi lukke det første integrale langs en halvcirkel i den øvre halvplan og det andet integrale langs en halvcirkel i det nedre halvplan. Vi har derfor, at (øvre halvplan) 4 og (nedre halvplan) 4 e 2ix 2 x 2 + π 2 dx = 4 e 2ix x 2 + π 2 dx = 4 Adderes de to bidrag fås Opgave 7 Udtryk funktionen e 2ix 2 (x + iπ)(x iπ) dx = 2πiRes(iπ) = 4 e 2π + 2 e 2ix (x + iπ)(x iπ) dx = 2πiRes( iπ) = 4 e 2π sin 2 x x 2 + π 2 dx = e π sinh(π) f(θ) = cos 5 (θ) ved hjælp af Legendre-polynomierne på formen P l (cos θ). Dvs. find koefficienterne a l i ekspansionen f(θ) = a l P l (cos θ) l= Funktionen er ulige og af 5. orden, så kun l =, 3, 5 skal bruges. Ved inspektion fås, at cos 5 (θ) = 3 7 P (cos θ) + 4 9 P 3(cos θ) + 8 63 P 5(cos θ) Opgave 8 Benyt Laplace-transformationen til at løse følgende system af differentialligninger for x(t) og y(t), med startbetingelsen (x, y ) = (, ). ẋ = 4x y ẏ = x + 4y Side 4 af 6

sˆx x = 4ˆx ŷ sŷ y = ˆx + 4ŷ Vi isolerer nu hhv. ˆx og ŷ og får ˆx = ŷ = s 2 8s + 5 s 4 s 2 8s + 5 Den inverse Laplace-transformation på de to ligninger giver x(t) = ( e 3t e 5t) 2 y(t) = ( e 3t + e 5t) 2 Opgave 9 Benyt den inverse Laplace-transformationen på funktionen ˆf(s) = / s til at finde f(t). Bemærk at funktionen er flertydig. Du får muligvis brug for følgende integrale (for a > ), exp( ax2 )dx = π/a. Den inverse transformation findes fra f(t) = L ( s ) = λ+i e st ds 2πi λ i s Problemet med den inverse transformation er, at funktionen har et branchpoint pga. kvadratroden, så vi bliver nødt til at introducere en opskæringslinie som gør, at man stadigvæk kan evaluare ovenstående integrale for λ >. Samtidig skal vi være påpasselige i forhold til at vælge en passende kontour at integrere langs. Vi vælger her at bruge den negative reelle akse som opskæringslinie og lader argumentet for de komplekse tal løbe mellem π og π. Vi vælgere en intgrationsvej som vist i Fig.. Bemærk, at Figure : Integrationsvej Side 5 af 6

eftersom t >, så vil integrationsvejen langs elementerne Γ 2 og Γ 5 være lig. Funktionen har ingen poler i det valgte domæne, så vi har derfor, at Dette leder til ligheden: e Γ st e ds = s Γ3 st e ds s Γ4 st ds s = e iπ = e iπ/2 = = 4i = e 2πi Γ+Γ3+Γ4 st ds. (2) s e r exp(iπ)t dr e iπ e r exp( iπ)t dr r exp(iπ) r exp( iπ) e rt dr e iπ/2 e rt dr r r (e iπ/2 e iπ/2) = 2i π = 2i t e u2t du e u2t du r e rt dr Vi har i ovenstående benyttet substitutionen r = u 2 og benyttet symmetrien af integranten til at udvide integrationen til hele den reelle akse. Den inverse transformation er derfor ( ) s f(t) = L = e 2πi Γ st ds = π s 2πi 2i t = πt (3) Side 6 af 6