Løsningsforslag til opgavesæt 5

Relaterede dokumenter
Løsningsforslag til opgavesæt 5

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

Note om Laplace-transformationen

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

Besvarelse til eksamen i Matematik F2, 2012

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

Matematik F2 Opgavesæt 6

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

SUPPLERENDE OPGAVER TIL KOMPLEKS FUNKTIONSTEORI F2005

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

Matematik F2 Opgavesæt 2

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

(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.

Eksamen i Mat F, april 2006

Prøveeksamen MR1 januar 2008

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

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

Kompleks Funktionsteori

Introduktion til Laplace transformen (Noter skrevet af Nikolaj Hess-Nielsen sidst revideret marts 2013)

DesignMat Lineære differentialligninger I

Besvarelser til Calculus Ordinær Eksamen Juni 2019

Lineære 2. ordens differentialligninger med konstante koefficienter

Differentialregning i R k

Antag at. 1) f : R k R m er differentiabel i x, 2) g : R m R p er differentiabel i y = f(x), . p.1/18

DesignMat Lineære differentialligninger I

Besvarelser til Calculus Ordinær Eksamen Januar 2019

NATURVIDENSKABELIG KANDIDATEKSAMEN VED KØBENHAVNS UNIVERSITET. MI 2007 Obligatorisk opgave 4

Mat H 2 Øvelsesopgaver

Laplace- og Fouriertransformationer med anvendelser. Karin Lentfer Kristiansen og Thomas Hecksher

Noter til MatF2 på KU (Matematik for Fysikere 2)

DesignMat Uge 1 Gensyn med forårets stof

Besvarelser til Calculus Ordinær Eksamen - 3. Januar 2017

DesignMat Den komplekse eksponentialfunktion og polynomier

Integration m.h.t. mål med tæthed

MATEMATIK 11 Eksamensopgaver Juni 1995 Juni 2001, 4. fjerdedel

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

Besvarelser til Calculus Ordinær Eksamen Juni 2018

Momenter som deskriptive størrelser. Hvad vi mangler fra onsdag. Momenter for sandsynlighedsmål

Hvad vi mangler fra onsdag. Vi starter med at gennemgå slides fra onsdag.

GEOMETRI-TØ, UGE 3. og resultatet følger fra [P] Proposition 2.3.1, der siger, at

MATEMATIK 11 Eksamensopgaver Juni 1995 Juni 2001, 3. fjerdedel

Eksamen i Calculus Mandag den 4. juni 2012

Klassisk kaos. Kaotiske systemer. Visse regulariteter universalitet

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

Indhold. Litteratur 11

DesignMat Uge 5 Systemer af lineære differentialligninger II

Bedste rette linje ved mindste kvadraters metode

Eksamen i Mat F, april 2006

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

DesignMat Uge 1 Repetition af forårets stof

Eksamen i Calculus Mandag den 8. juni 2015

Kortprojektioner L mm Analytisk beskrivelse af egenskaber ved kort Første fundamentalform og forvanskninger.

Oversigt Matematik Alfa 1, August 2002

Moderne acceleratorers fysik og anvendelse Forelæsning 2 Transverse motion, Lattices

Eksamen i Calculus Fredag den 8. januar 2016

DOK-facitliste DOK. DOK-facitliste 1

Integration m.h.t. mål med tæthed

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

Fysik 2 - Den Harmoniske Oscillator

(Prøve)Eksamen i Calculus

Kalkulus 2 - Grænseovergange, Kontinuitet og Følger

2. Fourierrækker i en variabel

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

Hans J. Munkholm: En besvarelse af

Eksamen i Signalbehandling og matematik

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

Calculus Uge

Fourier transformationen

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

Prøveeksamen i Calculus

Besvarelser til Calculus Ordinær Eksamen Juni 2017

Besvarelser til Calculus Ordinær Eksamen - 5. Januar 2018

Matematisk modellering og numeriske metoder. Lektion 10

Lineære systemer med hukommelse.

C R. Figur 1 Figur 2. er eksempler på kredsløbsfunktioner. Derimod er f.eks. indgangsimpedansen

MM501 forelæsningsslides

Besvarelser til Calculus Ordinær Eksamen Juni 2017

Københavns Universitet, Det naturvidenskabelige Fakultet. Afleveringsopgave 1

Fri vækstmodel t tid og P (t) kvantitet. dp dt = kp Løsninger P (t) = Ce kt C fastlægges ved en begyndelsesværdi. Oversigt [S] 7.1, 7.2, 7.3, 7.4, 7.

MASO Uge 7. Differentiable funktioner. Jesper Michael Møller. Uge 7. Formålet med MASO. Department of Mathematics University of Copenhagen

Lotka-Volterra modellen

DesignMat Uge 4 Systemer af lineære differentialligninger I

Laplace transformationen

Peter Harremoës Matematik A med hjælpemidler 16. december M = S 1 + a = a + b a b a = b 1. b 1 a = b 1. a = b 1. b 1 a = b

Differentialligninger Hvad beskriver en differentialligning? Hvordan noget ændrer sig (oftest over tid). Tangenthældninger langs en kurve.

Eksamen i Calculus Tirsdag den 3. juni 2014

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

Det teknisk-naturvidenskabelige basisår Matematik 1A, Efterår 2005, Hold 3 Prøveopgave C

x 2 + y 2 dx dy. f(x, y) = ln(x 2 + y 2 ) + 2 1) Angiv en ligning for tangentplanen til fladen z = f(x, y) i punktet

Noter om Komplekse Vektorrum, Funktionsrum og Differentialligninger LinAlg 2004/05-Version af 16. Dec.

Lineære differentialligningers karakter og lineære 1. ordens differentialligninger

Reaktionskinetik - 1 Baggrund. lineære og ikke-lineære differentialligninger. Køreplan

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

Fysik 2, Foreslåede løsninger til prøveeksamenssæt, januar 2007

Lektion 13 Homogene lineære differentialligningssystemer

Reeksamen i Calculus Mandag den 11. august 2014

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

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

Den klassiske oscillatormodel

Additionsformlerne. Frank Villa. 19. august 2012

Transkript:

Matematik F Matematik F Løsningsforslag til opgavesæt 5 Opgave : Se kursushjemmesiden. Opgave : a) π dθ 5 + 4 sin θ = e iθ, = ie iθ dθ, dθ = i sin θ = eiθ e iθ i = i(5 + 4( / )) = i = + 5i Integranden har poler i = i og = i/, men kun = i/ ligger inden for enhedscirklen så: = ( + i)( + i/) = πires = i/ = πi ( i/ + i) = π 3 b) Lav standardskiftet af variable: π sin θ 5 + 4 cos θ dθ = e iθ, cos θ = eiθ + e iθ, sin θ = eiθ e iθ i

Matematik F Matematik F cos θ = = ie iθ, dθ = i ( + ), sin θ = ( ) i som giver at γ [ i 5 + 4 [ ( )] ( + hvor konturen er enhedscirklen. )] i = 4i γ 4 + ( + 5 + ) Integranden har poler i =,, men det er kun = og = der ligger inden for vores kontur, der jo er enhedscirklen. Så integralet kan omskrives til: 4 + 4i γ ( + ) ( ) + Derfor: ( ) 4i πi Res = + Res = så vi skal bruge residuet for polen af. orden i = Res = = d 4 + lim + 5 + = [ ] 4 3 4 lim + 5 + (4 + 5) 4 + ( + 5 + ) = 5 = 5 4 og residuet af den simple pol i = / Res = Og integralet er derfor: 4 + = lim / ( + ) = 6 4 + 3 = + 4 3 = 3 4

Matematik F Matematik F c) ( 5 4i πi 4 + 3 ) = π 4 4 = ( )( 3) Integranden har simple poler i =,, 3. Kun og er inden for konturen så = ( )( 3) = πi(res = + Res = ) ( = πi lim ( = πi 3 + 3 8 + 3 + lim ) = 5 3 πi ) 3 8 + 3 d) e 3/ =5 Der er en essentiel singularitet i = så integralet bestemmes ved: e 3/ = πires = =5 For at finde residuet finder vi laurentrækkeudviklingen for integranden.. Generelt gælder det at Res =a er koefficienten foran leddet med a i laurentrækkeudviklingen som i dette tilfælde er givet ved: e 3/ = (3/) k Når k = fås leddet i summen til at være 9 så a = Res = = 9. Altså er integralet 3 k= k!

Matematik F Matematik F =5 e) e 3/ = πi 9 = 9πi =5 cos ( π) 3 Der er en pol af. orden i = og en pol af 3. orden i = π. Begge poler ligger inden for konturen så =5 cos ( π) 3 = πi (Res = + Res =π ) ( = πi lim d cos ( π) 3 + lim π ) d cos ( [ 3 cos = πi lim ( π) sin ] + [ 4 ( π) 3 lim d cos sin ]) π 3 ( [ 3 cos = πi lim ( π) sin ] 4 ( π) 3 + [ lim d 3 cos π 4 ( ) 3 = πi π + π 6 4 π 4 = π i π 3 + sin 3 + sin 3 cos ] ) f) = sin Der er en hævelig singularitet i =, men ellers ingen singulariteter så integralet giver. g) = 4 cos

Matematik F Matematik F Da polen = ligger inden for konturen er svaretπi cos() = πi. h) e / sin = Rækkeudviklingen for hver af faktorerne er: e / = + +! +... sin = 3! 3 +... De har begge en essentiel singularitet i = så det har produktet også. Residuet i = findes som koefficienten foran og det ses at denne er. Så løsningen er altså: = e / sin = πi. Opgave 3: a) b) c) π π π x + x 4 dx = π (4 + x ) dx = π 6 cos x dx = x e π + π 5

Matematik F Matematik F Opgave 4: Se tabel 5. (s. ). Opgave 5: a) Lad λ være større end realdelen af alle singulariteter. Den inverse transformation er da λ+i e st πi λ i s s ds. Der er simple poler i s = og s =, så integralet bliver: e t 3 e t 3 b) Den inverse transformation er givet ved integralet λ+i s e st πi λ i (s + )(s + 4) ds. Der er simple poler i og ±i. Integralet bliver: 5 e t + (cos t + sin t) 5 Opgave 6: Ligningen omskrives til sˆx x + γˆx = hvor ˆx er x transformeret og x ˆx = /(s + γ), så = er begyndelsesværdien. Dette betyder at x(t) = λ+i πi λ i s + γ est ds. () Bemærk at dette kun kan gøres for positive t-værdier, da integranten skal gå mod for Re t. Integranten har en simpel pol i s = γ, så vi får: x(t) = e γt. () 6

Matematik F Matematik F Opgave 7: Vi løser følgende ligning ved hjælp af Laplace-transformationen m d x dt + γ dx dt + kx = A sin(w Et) hvor w E er frekvensen af den eksterne drivkraft (A sin(w E t)), k = w m, hvor w er egenfrekvensen af oscillatoren. Vi benytter startbetingelserne x() = og dx dt = α. t= Vi dividerer igennem med massen m på begge sider af differentialligningen og definerer nye konstanter ν = γ/m og a = A/m, således at d x dt + ν dx dt + w x = a sin(w E t) Ved at anvende Laplace-transformationen på begge sider omskriver vi nu ligningen. De enkelte led transformeres som følger (hvor ˆ symboliserer transformerede variable), d x dx dt dt sx() + s ˆx(s) = α + s ˆx(s) t= dx dt x() + sˆx(s) = sˆx(s) x ˆx(s) sin(w E t) w E s + w E Differentialligningen kan nu skrives på formen ˆx(s) = α s + νs + w + w E (s + w E )(s + νs + w ). Løsnigen til differentialligningen findes nu fra den inverse transformation x(t) = λ+i [ ] α aw E + e st ds. πi λ i s + νs + w (s + we )(s + νs + w) 7

Matematik F Matematik F Vi kan enten skrive summen under integralet på fælles brøk eller dele integralet i to. Hvis vi deler i to får vi først πi λ+i λ i [ α s + νs + w ] e st ds. (3) Integranden har to simple poler, hvor s + νs + w =, dvs. hvor s = β ±. Vi har her introduceret β ± = ν ± ν 4w. I Bromwich integralet vælges λ således, at både λ > Re(β+) og λ > Re(β ). Vi omskriver nu integranden på formen Residuet i s = β + er αe st (s β + )(s β ). Residuet i s = β er αe st lim (s β + ) s β + (s β + )(s β ) = αe β+t ν 4w αe st lim (s β ) s β (s β + )(s β ) = αeβ t ν 4w Dvs. integralet i (??) antager værdien πi λ+i λ i [ α s + νs + w ] e st ds. = Vi har her benyttet omskrivningen i 4w ν = ν 4w. Det andet integrale πi λ+i λ i ( ) αe ν t sin 4w ν t. (4) 4w ν [ ] aw E e st ds (5) (s + we )(s + νs + w) løses nu på tilsvarende vis, hvor vi nu har to ekstra simple poler for s = ±iw E. Vi finder følgende residuer. 8

Matematik F Matematik F Residuet i s = β + er aw E e st lim (s β + ) s β + (s + we )(s + νs + w) = aw E e β+t (β+ + we ) ν 4w Residuet i s = β er aw E e st lim (s β ) s β (s + we )(s + νs + w) = aw E e β t (β + we ) ν 4w Residuet i s = iw E er aw E e st lim (s iw E ) s iw E (s + we )(s + νs + w) = ae iwet (i)(w we + iνw E) Residuet i s = iw E er aw E e st lim (s + iw E ) s iw E (s + we )(s + νs + w) = ae iwet ( i)(w we iνw E) Løsningen til (??) findes nu ved at addere alle residuerne, som efter lidt omskrivning giver, at aw E e β +t aw E e β t (β+ + we ) + ν 4w (β + we ) ν 4w +a (w w E ) sin w Et νw E cos w E t (w w E ) + ν w E (6) Bemærk at den samlede løsning så findes ved at lægge sammen løsningerne (??) og (??). Vi ser at for t, at det eneste led, som overlever, er x (t) = a (w we ) sin w Et νw E cos w E t. (w we ) + ν we Bemærk resonansen i udsvinget for w E w. 9