1e bachelor ingenieurswetenschappen Modeloplossing examen oefeningen analyse I, januari y = u sin(vt) dt. wordt voorgesteld door de matrix

Vergelijkbare documenten
Oefenzitting 2: Parametrisaties.

Math D2 Gauss (Wiskunde leerlijn TOM) Deelnemende Modules: /FMHT/ / A. Oefententamen #1 Uitwerking.

Analyse I. 1ste Bachelor Ingenieurswetenschappen Academiejaar ste semester 10 januari 2008

Topologie in R n 10.1

Wiskundige Technieken

Eindexamen wiskunde B1-2 vwo 2002-I

2 Kromming van een geparametriseerde kromme in het vlak. Veronderstel dat een kromme in het vlak gegeven is door een parametervoorstelling

Eerste orde partiële differentiaalvergelijkingen

Examen G0O17D Wiskunde II (6sp) maandag 10 juni 2013, 8:30-12:30 uur

Examen VWO. Wiskunde B1,2 (nieuwe stijl)

college 2: partiële integratie

Analyse I. f(x)dx + f(x)dx =

Analyse I. 1ste Bachelor Ingenieurswetenschappen Academiejaar ste semester 12 januari 2010

Wiskunde: Voortgezette Analyse

Hertentamen WISN102 Wiskundige Technieken 2 Di 17 april 13:30 16:30

Doe de noodzakelijke berekeningen met de hand; gebruik Maple ter controle.

Analyse I. 2. Formuleer en bewijs de formule van Taylor voor een functie f : R R. Stel de formules op voor de resttermen van Lagrange en Liouville.

2. Hoelang moet de tweede faze duren om de hoeveelheid zout in de tank op het einde van de eerste faze, op de helft terug te brengen?

Uitwerkingen Mei Eindexamen VWO Wiskunde B. Nederlands Mathematisch Instituut Voor Onderwijs en Onderzoek

1a Laat x variëren van 0 tot 2; kies een willekeurige maar wel vaste x tussen 0 en 2; de bijbehorende y varieert van 0 tot

Tussentijdse evaluatie Analyse I

Math D2 Gauss (Wiskunde leerlijn TOM) Deelnemende Modules: /FMHT/ / A. Oefententamen #2 Uitwerking

Examen havo wiskunde B 2016-I (oefenexamen)

OF (vermits y = dy. dx ) P (x, y) dy + Q(x, y) dx = 0

Vectoranalyse voor TG

Aanvullingen van de Wiskunde

Centrale Commissie Voortentamen Wiskunde Uitwerkingen Voortentamen Wiskunde B 11 juni 2012

1 Inleiding. Zomercursus Wiskunde. Poolcoördinaten (versie 27 juni 2008) Katholieke Universiteit Leuven Groep Wetenschap & Technologie.

Tussentijdse evaluatie Analyse I

Opgaven Functies en Reeksen. E.P. van den Ban

34 HOOFDSTUK 1. EERSTE ORDE DIFFERENTIAALVERGELIJKINGEN

Vraag Antwoord Scores ( ) ( ) Voor de waterhoogte h geldt: ( 2h+ 3h 2h

Analyse I. 3. Formuleer en bewijs de formule van Taylor voor een functie f : R R. Stel de formules op voor de resttermen van Lagrange en Liouville.

168 HOOFDSTUK 5. REEKSONTWIKKELINGEN

opdrachten bij hoofdstuk 7 Lijnen cirkels als PDF

Wiskundige Technieken

2 Kromming van een geparametriseerde kromme in het vlak

1. (a) Gegeven z = 2 2i, w = 1 i 3. Bereken z w. (b) Bepaal alle complexe getallen z die voldoen aan z 3 8i = 0.

1 Oppervlakteberekeningen

TECHNISCHE UNIVERSITEIT EINDHOVEN Faculteit Wiskunde en Informatica

IJkingstoets Wiskunde-Informatica-Fysica 29 juni Nummer vragenreeks: 1

Technische Universiteit Delft. ANTWOORDEN van Tentamen Gewone differentiaalvergelijkingen, TW2030 Vrijdag 30 januari 2015,

Uitgewerkte oefeningen

ax + 2 dx con- vergent? n ln(n) ln(ln(n)), n=3 (d) y(x) = e 1 2 x2 e 1 2 t2 +t dt + 2

Technische Universiteit Delft Tentamen Calculus TI1106M - Uitwerkingen. 2. Geef berekeningen en beargumenteer je antwoorden.

Uitwerkingen van het Tentamen Moleculaire Simulaties - 8C Januari uur

De parabool en de cirkel raken elkaar in de oorsprong; bepaal ook de coördinaten van de overige snijpunten A 1 en A 2.

dx; (ii) * Bewijs dat voor elke f, continu ondersteld in [0, a]: dx te berekenen.(oef cursus) Gegeven is de bepaalde integraal I n = π

Eindexamen wiskunde B1-2 havo 2002-II

Mathematical Modelling

Ruimtewiskunde. college 3 Lijnen, vlakken en oppervlakken in de ruimte. Vandaag

TENTAMEN ANALYSE 1. dinsdag 3 april 2007,

12.0 Voorkennis. Voorbeeld 1: Los de vergelijking sin(a) = 0 op. We zoeken nu de punten op de eenheidscirkel met y-coördinaat 0.

Aanvullingen van de Wiskunde / Partiële Differentiaalvergelijkingen

Aanvullingen van de Wiskunde

Examen HAVO. Wiskunde B1,2 (nieuwe stijl)

Stelsels differentiaalvergelijkingen

Tussentijdse evaluatie Analyse I

TOELATINGSEXAMEN ANALYSE BURGERLIJK INGENIEUR EN BURGERLIJK INGENIEUR ARCHTECT - 3 JULI 2003 BLZ 1/8

Naam: Studierichting: Naam assistent:

8.0 Voorkennis. Voorbeeld 1: Bereken het snijpunt van 3x + 2y = 6 en -2x + y = 3

Examen VWO. wiskunde B (pilot) tijdvak 2 woensdag 18 juni uur

(g 0 en n een heel getal) Voor het rekenen met machten geldt ook - (p q) a = p a q a

Notatie Voor een functie y = y(t) schrijven we. Definitie Een differentiaalvergelijking is een vergelijking van de vorm

De Afgeleide. ) = 2y. 2 = 4y = 4.(2x+1)

OEFENPROEFWERK VWO B DEEL 3

Ijkingstoets industrieel ingenieur aangeboden door UGent en VUB op 15 september 2014: algemene feedback

Vectoranalyse voor TG

Het brachistochroonprobleem van een magneet in een niet-uniform magneetveld

Tentamen Functies en Reeksen

3. Bepaal de convergentie-eigenschappen (absoluut convergent, voorwaardelijk convergent, divergent) van de volgende reeksen: n=1. ( 1) n (n + 1)x 2n.

== Tentamen Analyse 1 == Maandag 12 januari 2009, u

Snelle glijbanen. Masterclass VWO-leerlingen juni Emiel van Elderen en Joost de Groot NWD Faculteit EWI, Toegepaste Wiskunde

Eindexamen havo wiskunde B pilot 2013-I

Eerste- en derdegraadsfunctie

wiskunde B pilot vwo 2016-II

Eindexamen wiskunde b 1-2 havo II

11.0 Voorkennis. Optellen alleen bij gelijknamige termen: 3a 3 + 4a 3 = 7a 3. Bij macht van een macht exponenten vermenigvuldigen: (a 5 ) 4 = a 20

IJkingstoets burgerlijk ingenieur september 2013: algemene feedback

2010-I. A heeft de coördinaten (4 a, 4a a 2 ). Vraag 1. Toon dit aan. Gelijkstellen: y= 4x x 2 A. y= ax

Vectoranalyse voor TG

Tentamen Wiskunde B. Het gebruik van een mobiele telefoon of andere telecommunicatieapparatuur tijdens het tentamen

IJkingstoets Wiskunde-Informatica-Fysica september 2018: algemene feedback

Relevante vragen , eerste examenperiode

Tussentoets Analyse 2. Natuur- en sterrenkunde.

Integratie voor meerdere variabelen

Tentamen Wiskunde B CENTRALE COMMISSIE VOORTENTAMEN WISKUNDE. Datum: 19 december Aantal opgaven: 5

Examen Wiskundige Analyse I 1ste bach ir wet. dinsdag 5 januari Vraag 1.1. Waar of vals (1pt) Het beginvoorwaardenprobleem

Toegepaste wiskunde. voor het hoger beroepsonderwijs. Deel 2 Derde, herziene druk. Uitwerking herhalingsopgaven hoofdstuk 6

UNIVERSITEIT TWENTE Faculteit Elektrotechniek, Wiskunde en Informatica

Tentamen WISN102 Wiskundige Technieken 2 Ma 26 jan :30 16:30

Examen HAVO. wiskunde B. tijdvak 2 woensdag 18 juni uur. Bij dit examen hoort een uitwerkbijlage.

Radboud Universiteit Nijmegen Tentamen Calculus 1 NWI-NP003B 4 januari 2013,

Voorbereiding toelatingsexamen arts/tandarts

Analyse I. 1ste Bachelor Ingenieurswetenschappen Academiejaar ste semester 31 januari 2006

1 Eigenwaarden en eigenvectoren

Voorbereiding toelatingsexamen arts/tandarts

9.1 Vergelijkingen van lijnen[1]

Ijkingstoets 4 juli 2012

Examen VWO. wiskunde B (pilot) tijdvak 2 woensdag 18 juni uur. Achter dit examen is een erratum opgenomen.

Transcriptie:

e bachelor ingenieurswetenschappen Modeloplossing examen oefeningen analyse I, januari 9. Opgave: Bereken dt ( q) als p = (, ), q = (, ) en p u+v x = e t dt T : (u, v) (x, y) : u y = u sin(vt) dt Oplossing: De differentiaal dt wordt voorgesteld door de matrix p We berekenen dus en u ( p) u ( p) u (u, v) = exp( (u + v) ), u u (u, v) = u (, ) = exp() = v (, ) = u (, ) = v (, ) = sin(vt) dt + u sin(vu), v ( p) v ( p) v (u, v) = exp( (u + v) ) u v (u, v) = sin( t) dt + sin( ) = t cos(t) dt = ( t sin(t) u t cos(vt) dt sin(t) dt De componenten van d T p ( q) vinden we met de matrixvermenigvuldiging ) = u ( p) u ( p) v ( p) v ( p) = dt ( q) = (, ). p =,. Opgave: Zij gegeven een kromme C in het eerste kwadrant (x en y ) van het x-y vlak (z = ), met als vergelijking in poolcoördinaten r = cos θ. (a) Geef een parametrisatie voor de kromme C en een cartesische vergelijking F (x, y) = in eenvoudige vorm.

(b) Geef de cartesische vergelijking G(x, y, z) = voor het oppervlak S dat men bekomt door de kromme C te roteren rond de x as (zie figuur). ( ) z (c) Geef een parametrisatie voor de paraboloïde S met vergelijking y + = x, x b (d) Voor welk interval van waarden voor de parameter b (, ) hebben S en S een snijkromme. Geef een parametrisatie voor het gedeelte van die snijkromme in het eerste octant (x, y en z ). Denk eerst goed na over de keuze van een geschikte parameter!.5......6.8...5 Oplossing: (a) Een voor de hand liggende parametrisatie voor de kromme C is x = cos θ, θ y = cos θ en de cartesische vergelijking vinden we door eliminatie van de parameter θ, bv. y = cos 6 θ sin θ = cos 6 θ ( cos θ) = x ( x ) (b) Hieruit volgt dan ook onmiddellijk de cartesische vergelijking van het omwentelingsoppervlak S, nl. y + z = x ( x ) (c) Naar analogie met de parametrisatie voor de paraboloïde in de cursustekst (pagina ) nemen we als parametrisatie voor S x = t y = t cos u z = b t sin(u), t u (d) We zoeken de punten van S die ook voldoen aan de cartesische vergelijking van S, m.a.w. t cos u + b t sin (u) = t ( t), t cos u + b sin (u) = t ( t) Op de figuur zien we dat t = x en niet u een geschikte parameter is om het gevraagde gedeelte van de snijkromme te beschrijven. De eindpunten liggen in het x-z vlak (y = ). Zo vinden we ook de grenzen voor de parameter t, nl. y + z = x ( x ) ( ) z y + b = x y = = b x = x ( x ) b = t ( t) t = ± b

Om echt een snijkromme te hebben moet er gelden dat b > of b (, ). Voor de snijpunten in het eerste octant geldt dat u [, ] en dus ook dat cos u en sin u. Zo vinden we het volgende verband tussen de parameters u en t: cos u + b sin (u) = t ( t) cos u ( b ) = t t b cos u = t t b b en sin u = cos u = + t t b Substitueren we dit in de parametrisatie van de paraboloïde, vinden we zo als parametrisatie voor de gevraagde snijkromme x = t y = t t t b b z = b t +t t b, b t + b. Opgave: Beschouw D f(x, y) dx dy met D het gebied binnen de cirkel x + (y ) = en binnen de kromme 8(y x ) = y (x + y ) (zie figuur). (a) Schrijf deze dubbele integraal als een som van herhaalde enkelvoudige integralen van de vorm d c dy β(y) α(y) f(x, y) dx. Duid op een figuur duidelijk de deelgebieden van D aan die je gebruikt. De cirkel en de tweede kromme snijden elkaar in de punten (, ) en (±, ). (b) Wat wordt de integraal na transformatie naar poolcoördinaten? (c) Bereken op een efficiënte manier de oppervlakte van het gebied D, en vereenvoudig het resultaat tot een vorm k + l + m met k, l en m gehele getallen. Oplossing: We zoeken voor beide krommen de vergelijking in de vorm x = G(y) en de vergelijking in poolcoördinaten. Voor de cirkel wordt dit x + y y = = x = ± y y en r r = = r =

Voor de tweede kromme vinden we x = ± y (a) (zie figuur links) 8 y 8 + y en 8 (r sin θ r cos θ) = r sin θ r = r = 8(sin θ cos θ) D f(x, y) dx dy = dy y 8 y 8+y f(x, y) dx + 8 y y 8+y dy y y f(x, y) dx y y K K K K (b) Ook voor de beschrijving in poolcoördinaten moeten we het integratiegebied opsplitsen (zie figuur rechts) f(x, y) dx dy = f(x, y) dx dy + f(x, y) dx dy + f(x, y) dx dy D D D D = θ θ 8(sin θ cos θ) f(r cos θ, r ) r dr + θ θ f(r cos θ, r ) r dr + θ θ 8(sin θ cos θ) f(r cos θ, r ) r dr Hierin is θ = bgtg = en θ =. Inderdaad, in de onmiddellijke omgeving van de oorsprong geldt voor de kromme dat 8 y x = ± y 8 + y ±y, y (c) De oppervlakte berekenen we met f(x, y) =. Gebruik makend van de symmetrie m.b.t. de y as wordt de integraal met A(D) = 8(sin θ cos θ) r dr + r dr = (A + A ) A = 8(sin θ cos θ) r dr = 9(sin θ cos θ) sin θ

en = A = ( 8 9 sin θ ) r dr = = + 9 cotgθ 8 sin θ = = + 9 ( cos θ) = = + Besluit: A(D) = (A + A ) = + 8 8 of k =, l = 8 en m = 8.. Opgave: Zij a. Voor welke koppels (a, b) convergeert de volgende oneigenlijke integraal en voor welke koppels is er divergentie? Toon aan en wees volledig. ( ) x b cosech(ax) e x dx + x ( ) x b, Oplossing: Met f(x) = cosech(ax) e x geldt + x ( ) x b cosech(ax) e x dx = f(x) dx + + x f(x) dx De gegeven oneigenlijke integraal convergeert enkel als beide oneigenlijke integralen in het rechterlid convergent zijn. f(x) = sinh ax ex ( ) x b x b + x ax = xb a, x + De eerste oneigenlijke integraal convergeert als b > en divergeert als b. f(x) = e ax ex e ax ( ) x b e x + x e ax e ax x b e( a)x x b, x, en a > e(+a)x x b, x, en a < De tweede oneigenlijke integraal convergeert enkel in de volgende gevallen: (i) a > : a > ( a < ) en b willekeurig of a = en b > (ii) a < : a < ( + a < ) en b willekeurig of a = en b > en naar gelang het geval Besluit: De gegeven oneigenlijke integraal convergeert enkel als a > en b > of a = en b >. In alle andere gevallen is er divergentie. 5. Opgave: Een cilindervormige boei met straal R =.m, hoogte H =.m en dichtheid ρ = 5kg/m dobbert op de zee (dichtheid water: ρ w = kg/m ). Een zeemeeuw strijkt neer op de boei op tijdstip t =. De vogel schrikt op door de plotse beweging van de boei en vliegt een tijdje later reeds verder. 5

(a) Op de boei werkt de zwaartekracht (gravitatieversnelling g = m/sec ), een opwaartse kracht gelijk aan het gewicht van de verplaatste watermassa (wet van Archimedes), een wrijvingskracht evenredig met de snelheid (evenredigheidsconstante k), en een kracht f(t) veroorzaakt door het gewicht van de zeemeeuw. Toon aan dat de beweging van de boei beschreven wordt door onderstaande differentiaalvergelijking, waarbij h(t) de diepte van het grondvlak voorstelt onder het zeeoppervlak: h (t) + k h (t) + h(t) = + f(t) (b) Bepaal de algemene oplossing van de differentiaalvergelijking indien k = (verwaarlozing van de wrijving) en f(t) = voor t [, ], en f(t) = voor t / [, ]. (c) Veronderstel dat de boei zich in rusttoestand bevindt net vóór het neerstrijken van de zeemeeuw. Bepaal de beginwaarden h() en h () en bereken tot op. mm nauwkeurig h() en h(). Oplossing: (a) massa versnelling = som van de inwerkende krachten: m b h (t) = m b g m w g k h (t) + f(t) met m b = R H ρ (massa boei) en m w = R h(t) ρ w (massa verplaatste water) h k (t) + R Hρ h (t) + ρ w g ρ H h(t) = g + f(t) R Hρ Invullen van de getalwaarden R =., H =., ρ = 5, g = en ρ w = geeft h (t) + k h (t) + h(t) = + f(t) (b) Met de gegeven f(t) en k = wordt de op te lossen vergelijking h (t) + h(t) = + f(t) met f(t) = voor t [, ], en f(t) = voor t / [, ]. De algemene oplossing is van de vorm h(t) = h h (t) + h p (t) + h p (t) met (i) h h (t) de algemene oplossing van de homogene differentiaalvergelijking, nl. h h (t) = A cos(t) + B sin(t) (ii) h p (t) een particuliere oplossing van h (t)+ h(t) = : de methode van de onbepaalde coëfficiënten zoekt h p (t) = C; invullen geeft C =. (iii) h p (t) een particuliere oplossing van h (t) + h(t) = f(t): hiertoe gebruiken we de functie van Green, nl. met K(t, s) = h p (t) = t cos(s) sin(s) cos(t) sin(t) cos(s)) sin(s) = sin(s)) cos(s) K(t, s) f(s) ds sin(t) cos(s) cos(t) sin(s) (cos (s) + sin (s)) = sin (t s) 6

of uitgewerkt h p (t) = als t < t sin (t s) sin (t s) ds = ds = (c) Vóór het neerstrijken van de zeemeeuw (t < ) is dus cos t cos (t ) cos t als t als t > h(t) = A cos(t) + B sin(t) + en vermits een rusttoestand verondersteld wordt, betekent dit ook dat A = B = en daaruit volgend dat h() = en h () =. We berekenen dan verder h() = + h p () = h() = + h p () = + cos + cos cos 8.mm 87.5mm 6. Opgave: Zij gegeven het vectorveld F (x, y) = (G(x, y), H(x, y)) met de eigenschap dat F in ieder punt p = (x, y), evenwijdig is met de gradiëntvector van een functie f(x, y) in p. (a) Toon aan dat de niveaulijnen van f(x, y) oplossingen zijn van de differentiaalvergelijking G(x, y) dx + H(x, y) dy = (b) Bepaal de vergelijking van de niveaulijn van f(x, y) door het punt (, ) als F (x, y) = (x, y yx y ) Oplossing: (a) Evenwijdige vectoren zijn op een factor na gelijk. Voor ieder punt p = (x, y) bestaat er dus een λ(x, y) zodanig dat Voor de niveaulijnen f(x, y) = C geldt dat (b) De differentiaalvergelijking G(x, y) = λ(x, y) f (x, y) H(x, y) = λ(x, y) f (x, y) f f (x, y) + (x, y) y (x) = f dy dx = (x, y) G(x, y) = (x, y) H(x, y) G(x, y) dx + H(x, y) dy = f x dx + (y yx y ) dy = 7

is niet exact want G H = xy Er is wel een integrerende factor P (y) als oplossing van de differentiaalvergelijking De vergelijking G(x, y) H(x, y) P (y) = P (y) = yp (y) = P (y) = e y G(x, y) x e y dx + e y (y yx y ) dy = is nu wel exact. We vinden de niveaulijnen f(x, y) = C dan op de volgende manier f = x e y f(x, y) = x e y + Z(y) f = y x e y + Z (y) = e y (y yx y ) Z (y) = y e y ( y ) en via de substitutie y = u Z(y) = y e y ( y ) dy = e u ( u) du = u e u = y e y De niveaulijnen zijn dus van de vorm e y ( x + y ) = C en voor de specifieke niveaulijn door het punt (, ) geldt dat C = e ( + ) = Het antwoord op de vraag is dus e y (x + y ) =. 7. Opgave: Een persoon van lengte L meter loopt naar boven over een baan in de vorm van de grafiek van de cubische spline s(x) = 9 i= c i N i (x), x met knooppunten t i = i en B spline coëfficiënten c i zoals gegeven in onderstaande tabel. Hij doet dit met een snelheid waarbij de horizontale component gelijk blijft aan m/sec. Zonnestralen vallen in onder een hoek van 5 graden en maken een schaduwbeeld AB vóór hem (zie figuur). Op het ogenblik t = bevindt de persoon (het punt A) zich in de oorsprong. Op het ogenblik t = heeft het schaduwpunt B een x coördinaat 5 m. (a) Hoe groot is de persoon, m.a.w. bepaal L. 8

5 A 6 8 x B i c i i c i - -.5.5-5. -.5 6.. 7 5.. 8 5.. 9 5.. (b) Bereken de horizontale en vertikale snelheidscomponent van het schaduwpunt B op het ogenblik t =. Oplossing: (a) In functie van de tijd t heeft het punt A als coördinaten (t, s(t)). Het schaduwpunt B vinden we als het snijpunt van de rechte met richtingscoëfficiënt door het punt (t, s(t)+ L) met de grafiek van de spline. Zij (X(t), Y (t)) de positie van het punt B op het ogenblik t dan geldt dus dat Y (t) = (X(t) t) + s(t) + L en Y (t) = s(x(t)) en zo vinden we na eliminatie van Y (t) de volgende impliciete vergelijking voor X(t) s(x(t)) = X(t) + t + s(t) + L () Op het ogenblik t = geldt dat X(t) = 5 en ingevuld in () of L = s(t 5 ) s(t ) + = c + c + c 6 s(5) = 5 + + s() + L c + c + c 6 + =.75m (b) De gevraagde horizontale en vertikale snelheidscomponent voor het schaduwpunt B op het ogenblik t = zijn X () en Y (). Uit formule () halen we dat s (X(t)) X (t) = X (t) + + s (t) s (5) X () = X () + + s () X () = ( + s (t )) + s (t 5 ) = ( + c c ) + c c =.m/sec Vermits Y (t) = s(x(t)) bekomen we na differentiatie en substitutie t = ook dat Y (t) = s (X(t)) X (t) Y () = s (5) X () = c c. =.8m/sec 9