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

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

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

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

Kompleks Funktionsteori

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

(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.

Matematik F2 Opgavesæt 6

Besvarelse til eksamen i Matematik F2, 2012

Løsningsforslag til opgavesæt 5

Løsningsforslag til opgavesæt 5

Eksamen i Mat F, april 2006

SUPPLERENDE OPGAVER TIL KOMPLEKS FUNKTIONSTEORI F2005

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

Matematik F2 Opgavesæt 2

Noter til MatF2 på KU (Matematik for Fysikere 2)

MATEMATIK 11 Eksamensopgaver Juni 1995 Juni 2001, 3. fjerdedel

MATEMATIK 11 Eksamensopgaver Juni 1995 Juni 2001, 4. fjerdedel

Besvarelser til Calculus Ordinær Eksamen Juni 2019

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

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

Fourier transformationen

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

Eksamen i Mat F, april 2006

Besvarelser til Calculus Ordinær Eksamen - 5. Januar 2018

Partielle afledede og retningsafledede

Indhold. Litteratur 11

Note om Laplace-transformationen

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

Besvarelser til Calculus Ordinær Eksamen Januar 2019

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

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

z + w z + w z w = z 2 w z w = z w z 2 = z z = a 2 + b 2 z w

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

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

Besvarelser til Calculus Ordinær Eksamen - 3. Januar 2017

Fordybelsesprojekt Matematik 2, forår 2005 Potensrækker

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

Wigner s semi-cirkel lov

Mere om differentiabilitet

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

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

Karakteristiske funktioner og Den Centrale Grænseværdisætning

Grafisk bestemmelse - fortsat Støttepunkter. Grafisk bestemmelse y. giver grafen. Niveaukurver og retning u = ( 1

2. Fourierrækker i en variabel

Hilbert rum. Chapter Indre produkt rum

8 Regulære flader i R 3

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

Integration m.h.t. mål med tæthed

Analyse 1, Prøve 4 Besvarelse

DesignMat Den komplekse eksponentialfunktion og polynomier

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

Fordybelsesprojekt Analyse 2, forår 2012 Potensrækker

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

Besvarelser til Calculus Ordinær Eksamen Juni 2018

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

Oversigt [S] 8.7, 8.8, 8.9

Besvarelser til Calculus Reeksamen August 2017

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

Mat 2KF Minilex. Henrik Dahl 2. januar Definitioner 2. 2 Sætninger 6. 3 Symboler Opskrifter og trix Gennemregnede eksempler 16

Teoretisk Statistik, 16. februar Generel teori,repetition

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

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

Analyse 1, Prøve 2 Besvarelse

af koblede differentialligninger (se Apostol Bind II, s 229ff) 3. En n te ordens differentialligning

Matematik F2 Opgavesæt 1

Ekstremumsbestemmelse

Epistel E2 Partiel differentiation

Inden der siges noget om komplekse tal, vil der i dette afsnit blive gennemgået en smule teori om trigonometriske funktioner.

Matematik F2 Opgavesæt 1

Differentialligninger. Ib Michelsen

Elementær sandsynlighedsregning

Besvarelses forslag til Tag-hjemeksamen Vinteren 02 03

Ortogonale Polynomier & Rodriguesformlen

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

Skriftlig prøve i Beregningsteknik indenfor elektronikområdet

Lidt om plane kurver og geometrisk kontinuitet

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

Matematik F2 - sæt 1 af 7, f(z)dz = 0 1

(Prøve)Eksamen i Calculus

Sætning (Kædereglen) For f(u), u = g(x) differentiable er den sammensatte funktion F = f g differentiabel med

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

DesignMat Uge 1 Gensyn med forårets stof

Taylorudvikling I. 1 Taylorpolynomier. Preben Alsholm 3. november Definition af Taylorpolynomium

Supplerende opgaver. S1.3.1 Lad A, B og C være delmængder af X. Vis at

Mat H 2 Øvelsesopgaver

Mat H /05 Note 2 10/11-04 Gerd Grubb

Københavns Universitet, Det naturvidenskabelige Fakultet. Afleveringsopgave 1

Kalkulus 2 - Grænseovergange, Kontinuitet og Følger

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

ANALYSE 1, 2014, Uge 5

Prøveeksamen MR1 januar 2008

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

DOK-facitliste DOK. DOK-facitliste 1

Elementær sandsynlighedsregning

Hilbert rum. Chapter Indre produkt rum

Nøgleord og begreber Eksistens og entydighed Retningsfelt Eulers metode Hastighedsfelt Stabilitet

Integration m.h.t. mål med tæthed

Matematisk modellering og numeriske metoder. Lektion 8

Transkript:

Formelsamling - MatF2 Therkel Zøllner og Amalie Christensen 27. juni 2009 1

Indhold 1 Kompleks variabel teori 3 1.1 Komplekse funktioner 825-830........................... 3 1.2 Powerserier af komplekse variabler 830-835................... 3 1.3 Forgreningspunkter og opskæringslinier 835-837................. 3 1.4 Singulariteter og nulpunkter 837-839....................... 4 1.5 Konform transformation 839-845......................... 4 1.6 Taylor og Laurentserier samt residuum 853-858................. 5 1.7 Komplekse integraler 845-853+858-866...................... 6 2 Fourier transformation 7 3 La Place transformation 8 4 Specielle funktioner 9 4.1 Legendre funktioner 577-586............................ 9 4.2 Bessel funktioner 602-614............................. 10 2

1 Kompleks variabel teori 1.1 Komplekse funktioner 825-830 Analytisk: En funktion der er single-valued og differentiabel i alle punkter i et område R kaldes analytisk i R. Singulariteter: En funktion kan være analytisk i em område bortset fra i et endeligt antal punkter. Disse punkter kaldes singulariteter. Cauchy-Riemann relationer: Funktionen f(z) = u + iv er analytisk, hvis de fire partielt afledte eksisterer, er kontinuerte og opfylder CR-relationen: u x = v y u = v y x Kompleks konjugeret: En analytisk funktion f(z) kan ikke afhænge af den kompleks konjugerede z. 1.2 Powerserier af komplekse variabler 830-835 Konvergensradius: For en serie f(z) = n=0 a nz n er radius af konvergenscirklen givet ved Cauchy s rodtest: Alternativt vha. ratiotesten: 1 R = lim n a n 1/n 1 R = lim a n+1 n a n 1.3 Forgreningspunkter og opskæringslinier 835-837 Hvis z varieres så vejen i Arganddiagrammet indeslutter et forgreningspunkt, vil funktionen f(z) generelt ikke vende tilbage til sin originale værdi. For at kunne behandle f(z) som singlevalued og dermed analytisk laves opskæringslinier, der forhindrer os i at vælge en vej, der omslutter et forgreningspunkt. Multivalued funktioner er f.eks: f(z) = z 1/n f(z) = ln z 3

1.4 Singulariteter og nulpunkter 837-839 Poler: En pol er en isoleret singularitet (i modsætning til et branchcut). Hvis f(z) har formen: f(z) = g(z) (z z 0 ) n hvor n er et positivt heltal, g(z) er analytisk i alle punkter i omegnen af z = z 0 og g(z 0 ) 0, så har f(z) en pol af orden n i z = z 0. En alternativ men ækvivalent definition er: hvor a er et endeligt og ikke-komplekst tal. Der gælder at: lim [(z z 0 ) n f(z)] = a (1) z z 0 Hvis grænseværdien er 0, er z = z 0 en pol af orden lavere end n eller f(z) er analytisk i z 0. Hvis grænseværdien er uendelig, er polen af en orden højere end n. Essentiel singularietet: Hvis ingen endelig værdi af n eksisterer så ligning (1) opfyldes, er z = z 0 en essentiel singularitet. Hævelig singularietet: Hvis ligning (1) f.eks. tager formen 0/0, men grænseværdien lim z z0 f(z) eksisterer og er uafhængig af hvilken vej vi går mod z 0, er singulariteten hævelig. Et godt eksempel er f(z) = sin z z. Definition af z : Opførslen af f(z) i uendelig er givet ved opførslen af f(1/ζ) i ζ = 0 hvor ζ = 1/z. 1.5 Konform transformation 839-845 Konform transformation: En konform transformation har formen: Egenskaber: w = r(x, y) + is(x, y) 1. Kontinuerne linier i z-planen transformeres til kontinuerte linier i w-planen. 2. Vinklen mellem to krydsende kurver i z-planen er lig vinklen mellem tilsvarende kurver i w-planen. 3. Forstørrelsen mellem z-planen og w-planen af et lille liniesegment i et område af et punkt er uafhængig af orienteringen af linieelementet. 4. Enhver analytisk funktion af z transformerer til en analytisk funktion af w og vice versa. Almindelige transformationer: w = z + b w = e iφ z w = az w = 1 z Translation med b Rotation gennem vinkel φ Ud/sammentrækning i radial retning for a R Mapper interiør af enh.cirkel på eksteriør 4

1.6 Taylor og Laurentserier samt residuum 853-858 Taylor række: Hvis f(z) er analytisk på og indenfor en cirkel C med radius R centreret i z = z 0, og z ligger indenfor C, så er: f(z) = n=0 a n (z z 0 ) n hvor a n = f (n) (z 0 ) n! Laurent række: Hvis f(z) har singulariteter i området C kan vi ikke ekspandere f(z) i en taylorrække, der er gyldig indenfor C. Hvis f(z) har poler af orden p i z = z 0, så er g(z) = (z z 0 ) p f(z) analytisk i C, og kan ekspanderes som taylorrække. Laurentrækken af f(z) kan skrives vha. taylorækken for g(z). g(z) = Så for alle z indenfor C, vil vi have: b n (z z 0 ) n n=0 f(z) = a p (z z 0 ) p +... + a 1 z z 0 + a 0 + a 1 (z z 0 ) + a 2 (z z 0 ) 2 +... Hvis f(z) ikke er analytisk i z = z 0 er der to muligheder. (Vi har at p er positiv): 1. Det er muligt at finde et heltal p, så a p 0 men a p k = 0 for alle heltal k > 0. Medfører at f(z) har en pol af orden p i z = z 0 samt: f(z) = n= p a n (z z 0 ) n 2. Det er ikke muligt at finde en laveste værdi af p. Medfører at f(z) har en essentiel singularitet i z = z 0. Residuum: Residuet for pol af orden p i z = z 0 kan findes som: R(z 0 ) = a 1 i laurentrækken udviklet omkring z 0 [ 1 d p 1 ] R(z 0 ) = lim z z 0 (p 1)! dz p 1 [(z z 0) p f(z)] For poler af første orden bliver dette: R(z 0 ) = a 1 i laurentrækken udviklet omkring z 0 R(z 0 ) = lim z z 0 [(z z 0 )f(z)] R(z 0 ) = g(z0) h (z 0) hvis g(z 0) 0 og analytisk samt h(z 0 ) = 0 5

1.7 Komplekse integraler 845-853+858-866 Cauchy s teorem: Hvis f(z) er analytisk indenfor og på konturen C, samt den afledete f (z) er kontinuert indenfor og på C, så gælder: f(z)dz = 0 Cauchy s integral formel: f(z 0 ) = f(z) z z 0 dz Cauchy s integral formel for n te afledte: f (n) (z 0 ) = n! f(z) 2πi z z 0 n+1 dz Residuum teoremet: c f(z)dz = 2πi j R j Bemærk at residuum teoremet generelt er I = ia 1 (θ 2 θ 1 ), hvorfor at integrationsvejen ved lukkede kurveintegraler afgør, om det skal være plus eller minus 2πi. Positiv omløbsretning medfører +2πi, mens negativ omløbsretning medfører 2πi Integraler af sinusoidale funktioner: Udregn som konturintegral over enhedscirklen i den komplekse plan vha. omskrivninger. I = 2π 0 F (cos θ, sin θ)dθ = 2πi summen af residuer indenfor enh. cirklen cos θ = 1 2 (z + z 1 ) sin θ = 1 2i (z z 1 ) dθ = i z dz Infinit integraler: Hvis f(z) har følgende egenskaber: f(z) er analytisk i den øvre halvplan, Im(z) 0 bortset fra i et endeligt antal af poler, hvoraf ingen af polerne er på den reelle akse. På en semicirkel Γ med radius R, går R f max på Γ mod nul, når R går mod uendelig. (Tilstrækkeligt at zf(z) 0 for z ) 0 f(z)dz og f(z)dz begge eksisterer. Så gælder at: I = 0 f(z)dz = 2πi summen af residuer af poler med Im(z) > 0. 6

2 Fourier transformation Fourier transformation 433-435 f(ω) = F[f(t)] = 1 2π f(t) = 1 2π f(t)e iωt dt f(ω)e iωt dω Convolution 446-449 h(z) = f(x)g(z x)dx h(k) = 2π f(k) g(k) Parsevals teorem 450-451 f(x) 2 dx = f(k) 2 dk 7

3 La Place transformation La Place transformation 453-454 f(s) = L[f(t)] = f(t) = L 1 [f(s)] 0 f(t)e st dt Standard La Place transformationer 455-457 [ ] df L = f(0) + sf(s) for s > 0 dt [ d 2 ] f L dt 2 = df (0) + s[sf(s) f(0)] for s > 0 dt [ ] L t d2 f dt 2 = s 2 df 2sf + f(0) ds L [ d n f dt n [ t L f(u)du o ] ] = s n f s n 1 n 2 df f(0) s dt (0)... dn 1 f (0) for s > 0 dtn 1 = 1 s L[f(t)] L [ e at f(t) ] = f(s a) L [f(at)] = 1 ( s ) a f a L [t n f(t)] = ( 1) n dn f(s) ds n for n = 1, 2, 3... [ ] f(t) L = f(u)du t Se desuden RHB 3. edition side 455. s Convolution 457-459 L 1 [ f(s)g(s) ] = t 0 f(u)g(t u)du = f g Bromwich integralet 884-887 Vi vælger λ så alle poler ligger til venstre for den uendelige linie L gående fra s = λ i til s = λ + i. Så gælder at: f(t) = 1 2πi λ+ i λi e st f(s)ds Typisk lukkes integrationsvejen med en halvcirkel til venstre eller højre for linien L. Denne halvcirkel Γ vælges så, ds 0 for s. Dermed kan residuum-teoremet anvendes til Γ at udregne integralet. 8

4 Specielle funktioner 4.1 Legendre funktioner 577-586 Legendres differential ligning: Typisk for fysiske situationer, der involverer kuglekoordinater. (1 x 2 )y 2xy + l(ll + 1)y = 0 Generel løsning for z < 1: y(x) = c 1 y 1 + c 2 y 2 Rodrigues formel: For de første 5 Legendre polynomier se RHB side 578. Gensidig ortogonalitet: d l P l = 1 2 l l! dx l (x2 1) l 1 1 P l (x)p k (x)dx = 0 for l k Udvikling af f(x) i Legendre polynomier: For en funktion f(x), der opfylder Dirichlet betingelserne, gælder for intervallet x < 1 at: Genererende funktion: f(x) = a l P l (x) l=0 a l = 2l + 1 2 1 1 G(x, h) = (1 2xh + h 2 ) = f(x)p l (x)dx P n (x)h n n=0 9

4.2 Bessel funktioner 602-614 Bessels differential ligning: Typisk for fysiske situationer, der involverer cylinderkoordinater. x 2 y + xy + (x 2 + y 2 ) = 0 Generel løsning: y(x) = c 1 J ν + c 2 J ν Bessel funktion: Gensidig ortogonalitet: J ν = n=0 ( 1) n ( x ) ν+2n n!γ(ν + n + 1) 2 b a xj ν (αx)j ν (βx)dx = 0 for α β Genererende funktion: G(x, h) = exp [ ( x h 1 )] = 2 h n= J n (x)h n 10