Teoretični izpiti Mat 3/4
Transcription
Teoretični izpiti Mat 3/4
Test iz Analize II (1. semester), 21.2.2008 Priimek, ime, ˇsifra: 1.(a) Kdaj ima A ⊂ R2 mero 0? (b) Naj bo D enotski krog in f : D → R taka, da je RR |f | dS = 0 . Kaj lahko reˇceˇs o funkciji f ? D 2. a) Formuliraj izrek o vpeljavi novih spremenljivk v dvojni integral. Naj bo T : R2 → R2 dana s T (x, y) = (2x + y, x − 2y). (b) Ali je T linearna? (c) Ali je T bijektivna? ˇ je K = [0, 1] × [0, 1], nariˇsi T (K). (d) Ce ˇ je A ∈ R2 mnoˇzica s ploˇsˇcino 1, izraˇcunaj ploˇsˇcino mnoˇzice T (A). (e) Ce 3. a) Napiˇsi definicijo ortonormirane baze v Hilbertovem prostoru H. b) Napiˇsi ˇcim veˇc potrebnih in zadostnih pogojev za to, da je ONS {en : n ∈ N} ONB za Hilbertov prostor H. c) Zapiˇsi ONB za prostor L2 [0, 2π]. 4. Razloˇzi metodo variacije konstante za nehomogeno linearno DE drugega reda. 5. Imamo homogen sistem linearnih DE prvega reda ~x˙ = A~x. a) Kaj je osnovna matriˇcna reˇsitev takega sistema? Kratko zapiˇsi kako tako reˇsitev. b) Denimo, da lahko matriko A diagonaliziramo. Kako lahko v tem primeru zapiˇsemo sploˇsno reˇsitev sistema? c) Kaj je korenski vektor viˇsine (reda) 2 za matriko A? Kako lahko s takim vektorjem pridemo do reˇsitve sistema? 6. a) Napiˇsi Stokesovo formulo. ~ potencialno? b) Kdaj je vektorsko polje A ~ = 0 na neki krogli G v R3 . Kaj lahko reˇceˇs o polju c) Denimo, da je rotA ~ na G? A d) Napiˇsi formulo Ostrogradskega. 1 Test iz Matematike 3, 25. 2. 2011 Priimek, ime, vp. ˇst. : 1. a) Napiˇsi definicijo mnoˇzice z mero 0 v Rn . Dokaˇzi neposredno po tej definiciji, da ima za a < b daljica {(1, y)| a ≤ y ≤ b} v ravnini (dvorazseˇzno) mero 0. b) Dokaˇzi, da ima premica v ravnini dvorazseˇzno mero 0. (Vzemi, da je ta premica os x.) c) Naj bo A ⊂ R2 in f : A → C funkcija.Naj bo RR |f | dS = 0. Kaj lahko sklepaˇs o funkciji f ? A 2. Naj bo X prostor s skalarnim produktom, x ∈ X in Z linearen podprostor v X. a) Napiˇsi definicijo pravokotne projekcije z = P x vektorja x na podprostor Z. b) Dokaˇzi, da je z najboljˇsa aproksimacija vektorja x z elementi podprostora Z. c) Naj bo A~x = ~b predoloˇcen sistem linearnih enaˇcb. Kaj je ustrezni normalni sistem in kakˇsen pomen ima? d) Napiˇsi definicijo Hilbertovega prostora. Napiˇsi definicijo ortonormirane baze takega prostora. e) Naj bo {gn |n ∈ N} ortonormirana baza zaprtega podprostora Z. Kako dobimo pravokotno projekcijo P x vektorja x na podprostor Z? 3. Napiˇsi kako ortonormirano bazo za: a) Cn ; b) L2 [−π, π]; c) ravnino {(x, y, z) ∈ R3 |x = y}. d) Napiˇsi kar se da veliko potrebnih in zadostnih pogojev za to, da je ONS {gn |n ∈ N} ONB za Hilbertov prostor H. e) Razvij odsekoma zvezno in odsekoma odvedljivo funkcijo f : (0, 4) → R v trigonometrijsko Fourierovo vrsto kot liho funkcijo s periodo 8. Kaj je vsota te vrste v: f) 0; 1 g) 4; h) toˇckah nezveznosti funkcije f ? 4. a) Napiˇsi eksistenˇcni izrek za diferencialno enaˇcbo prvega reda z zaˇcetnim pogojem. b) Kateri integralski enaˇcbi je enakovreden ta zaˇcetni problem? Napiˇsi Picardove pribliˇzke. c) Razloˇzi Eulerjevo metodo za numeriˇcno reˇsevanje takega zaˇcetnega problema. 5. Zapiˇsi homogen sistem n linearnih diferencialnih enaˇcb prvega reda na dolgo in v matriˇcni obliki. a) Kaj je osnovna matriˇcna reˇsitev takega sistema? Od zdaj naj ima sistem konstantne koeficiente. b) Kratko (s tremi ˇcrkami) zapiˇsi kako tako osnovno matriˇcno reˇsitev. c) Kratko ( s ˇstirimi ˇcrkami) zapiˇsi poljubno reˇsitev sistema. d) Denimo, da lahko matriko sistema diagonaliziramo. Kako lahko v tem primeru zapiˇsemo sploˇsno reˇsitev? e) Kaj je korenski vektor reda 2 matrike sistema? Kako s takim vektorjem pridemo do reˇsitve sistema? 6. a) Zapiˇsi Greenovo formulo. b) Dokaˇzi jo za primer, da je obmoˇcje pravokotnik v ravnini xy. c) Zapiˇsi formulo, ki je v trirazseˇznem prostoru posploˇsitev Greenove. Napiˇsi formulo za ploskev in njeno povrˇsino, ˇce je ploskev podana: d) eksplicitno; e) parametriˇcno. 2 Test iz Matematike 3, 24. 6. 2011 : 1. a) Napiˇsi izrek o uvedbi novih spremenljivk v dvojni integral. Obmoˇcje E v ravnini je omejeno s krivuljama y = x−2 , s premicama y = x, y = 8x. y = 8x−2 in b) Skiciraj E. c) Doloˇci spremenljivki u = u(x, y) in v = v(x, y), da bo E opisan kot E = {(u, v); (u, v) ∈ H}, kjer je H pravokotnik. d) Izrazi x, y z u, v in izraˇcunaj ustrezno Jacobijevo determinanto. e) Izrazi ZZ f (x, y) dS E z integralom po H. 2. Naj bo Z linearen podprostor v prostoru X s skalarnim produktom in x ∈ X. a) Definiraj pravokotno projekcijo z vektorja x na Z. Ali lahko obstajata dve taki projekciji? Kakˇsno zvezo ima to z aproksimacijo? Dokaˇzi. b) Denimo, da je Z konˇcno razseˇzen. Kaj potrebujemo v Z, da enostavno pridemo do vektorja z? Kakˇsna je formula za z? c) Kaj je predoloˇceni sistem linearnih enaˇcb? Zapiˇsi kratko (s tremi ˇcrkami in enaˇcajem) tak sistem. Kako se ga lotimo po metodi najmanjˇsih kvadratov in kaj pomeni reˇsitev po tej metodi? d) Kaj je linearna regresija? Kako reˇsujemo problem linearne regresije? 3. Imamo DE 1. reda y 0 = f (x, y) z zaˇcetnim pogojem . a) Pretvori ta zaˇcetni problem v ekvivalentno integralsko enaˇcbo. Kako so definirani Picardovi pribliˇzki? b) Napiˇsi eksistenˇcni izrek za ta zaˇcetni problem. Imamo zaˇcetni problem y 0 = x + sin y, y(0) = 0. c) Pokaˇzi, da ima ta problem reˇsitev na [0, 2]. Doloˇci pravokotnik, v katerem poteka graf reˇsitve. Ali je teh reˇsitev veˇc? Odgovore utemelji z raˇcuni. 1 *d) Ali ima ta problem eno ali veˇc reˇsitev na [0, ∞]? Odgovor utemelji z raˇcuni. 4. a) Napiˇsi Stokesov izrek. b) Kdaj je vektorsko polje A potencialno? Koliko je rotor potencialnega polja? c) Napiˇsi izrek Ostrogradskega in Gaussa. ~ kjer je f skalarno in A vektorsko polje. d) Izraˇcunaj div(f A), e) Denimo, da je B brezvrtinˇcno na obmoˇcju D. Pri kakˇsnih pogojih je B potencialno? 5. a) Imamo homogeno linearno DE drugega reda, pri kateri poznamo eno reˇsitev y1 . Razloˇzi, kako pridemo do sploˇsne reˇsitve. b ) Imamo nehomogeno linearno DE drugega reda, pri kateri poznamo dve linearno neodvisni reˇsitvi y1 in y2 ustrezne homogene enaˇcbe. Razloˇzi, kako pridemo do partikularne reˇsitve nehomogene enaˇcbe. c) Pretvori enaˇcbo iz b) v ekvivalenten sistem dveh linearnih enaˇcb prvega reda. d) Napiˇsi sploˇsno matriˇcno reˇsitev ustreznega homogenega sistema. 2 Test iz Matematike 3, 30. 6. 2011 Priimek, ime, vp. ˇst. : 1. a) Napiˇsi definicijo Hilbertovega prostora H. b) Napiˇsi definicijo ortonormiranega sistema. Kaj pravi Besselova neenakost? c) Napiˇsi definicijo ortonormirane baze prostora H. Napiˇsi kako ortonormirano bazo za: d) Cn ; e) L2 [−π, π]. f) Napiˇsi kar se da veliko potrebnih in zadostnih pogojev za to, da je ONS {gn |n ∈ N} ONB za Hilbertov prostor H. 2. a) Razloˇzi Eulerjevo metodo za numeriˇcno reˇsevanje DE prvega reda z zaˇcetnim pogojem. Najprej napiˇsi samo enaˇcbo. b) Navedi ˇse druge numeriˇcne metode in ocene za napako. c) Napiˇsi eksistenˇcni izrek za sistem dveh linearnih DE prvega reda z zaˇcetnima pogojema. Najprej napiˇsi tak sistem. 3. Zapiˇsi homogen sistem n linearnih diferencialnih enaˇcb prvega reda na dolgo in v matriˇcni obliki. a) Kaj je osnovna matriˇcna reˇsitev takega sistema? Od zdaj naj ima sistem konstantne koeficiente. b) Kratko (s tremi ˇcrkami) zapiˇsi kako tako osnovno matriˇcno reˇsitev. c) Kratko ( s ˇstirimi ˇcrkami) zapiˇsi poljubno reˇsitev sistema. d) Denimo, da lahko matriko A sistema diagonaliziramo. Kako lahko v tem primeru zapiˇsemo sploˇsno reˇsitev? e) Kaj je korenski vektor reda 3 matrike sistema? Kako s takim vektorjem pridemo do reˇsitve sistema? 4. a) Opiˇsi konstrukcijo paraboliˇcne B´ezierove krivulje in de Casteljaujev algoritem. Paraboliˇcna B´ezierova krivulja ima kontrolne toˇcke (0, 0), b) Napiˇsi de Casteljaujev algoritem. c) Napiˇsi parametriˇcno enaˇcbo te krivulje. 1 (0, 2), (2, 0). d) Izraˇcunaj toˇcko na tej krivulji za t = 12 . d) Dopolni jo do zlepka s paraboliˇcno B´ezierovo krivuljo, ki se konˇca v (4, 0) in ima v tej toˇcki tangento s smernim koeficientom 1. Napiˇsi enaˇcbo te druge krivulje in skiciraj zlepek. 5. Napiˇsi formulo za gladko ploskev, njeno normalo in njeno povrˇsino, ˇce je ploskev podana: a) eksplicitno; b) parametriˇcno. c) Kako implicitno podamo ploskev? Doloˇci normalo na tako ploskev. d) Napiˇsi Stokesov izrek. f) Napiˇsi izrek Gaussa in Ostrogradskega. 2 Primeri teoretiˇcnih vpraˇsanj iz Matematike 4 za fizike 1. Kaj je izoperimetriˇcni problem v variacijskem raˇcunu? Kako se lotimo reˇsevanja? Navedi primer izoperimetriˇcnega problema. 2. a) Kako in za kakˇsne funkcije je definirana Fourierova transformacija? Kakˇsne so lastnosti transformiranke (vedenje v neskonˇcnosti itd.) b) Napiˇsi formulo za inverzno transformacijo. c) Kakˇsna je Fourierova transformiranka odvoda funkcije? d) Ali ima Fourierova transformacija kako lastno funkcijo? e) Napiˇsi Parsevalovo formulo za Fourierovo transformacijo. 3. a) Napiˇsi Cauchy-Riemannnov sistem enaˇcb za holomorfno funkcijo f . Kaj od tod sledi (ˇce ˇse enkrat odvajamo) za realni in imaginarni del analitiˇcne funkcije? b) Napiˇsi Cauchyjevo formulo za funkcijo f , holomorfno na krogu. Kako od tod izpeljemo razvoj funkcije v potenˇcno vrsto znotraj kroga? c) Napiˇsi sploˇsno Cauchyjevo formulo. Kaj je ovojno ˇstevilo? 4. a) Kaj je izolirana singularna toˇcka analitiˇcne funkcije f ? b) Kakˇsne tipe izoliranih singularnih toˇck poznamo in kako so definirani? Kakˇsno je vedenje funkcije v bliˇzini take toˇcke? Klasificiraj singularne toˇcke za f (z) =: c) z −2 (ez − 1 − z); d) exp(z −3 ); e) z −2 ez . 5. a) Kaj je izolirana singularna toˇcka analitiˇcne funkcije f ? b) Kako je definiran residuum funkcije f v izolirani singularni toˇcki za f? Doloˇci residuum funkcije f (z) =: d) 1/ sin(2z) v z = 0; e) z −2 ez v z = 0. e) Napiˇsi izrek o residuih. 1 6. a) Napiˇsi Besselovo DE. Kakˇsna je sploˇsna reˇsitev? b) Kje je definirana Besselova funkcija? Kaj velja za Besselove funkcije s celim indeksom in kakˇsna je rodovna funkcija zanje? c) Ali je Neumannova funkcija omejena? V kateri toˇcki je problem? 7. Imamo linearni diferencialni operator drugega reda, definiran na (podprostoru v) C 2 [a, b]. a) Kdaj je ta operator simetriˇcen? Navedi tri situacije, v katerih je to res. b) Kaj velja za lastne vrednosti in lastne funkcije simetriˇcnega operatorja in kako to dokaˇzemo? *c) Kaj je regularni Sturm-Liouvillov problem in kaj lahko povemo v tem primeru? 8. Napiˇsi valovno enaˇcbo za neskonˇcno struno. Kakˇsna je d’Alembertova reˇsitev? Kako upoˇstevamo robne pogoje? 9. a) Napiˇsi Legendrov diferencialni operator. Na katerem intervalu in zakaj je simetriˇcen? Kakˇsne so lastne vrednosti? b) Napiˇsi Rodriguovo formulo za Legendrove polinome. Koliko je vrednost Legendrovih polinomov v 1? c) Kaj lahko reˇceˇs o polinomih, ortogonalnih na intervalu [a, b] in njihovih niˇclah? Kaj to pomeni za Legendrove polinome? R1 d) Denimo da je f ∈ L2 [−1, 1] in −1 f (x)Pn (x) dx = 0 za n = 0, 1, 2, ... Kaj lahko reˇceˇs o funkciji f ? 10. Napiˇsi drugo Greenovo formulo. Kako iz nje dobimo tretjo Greenovo formulo? Doloˇci divergenco polja toˇckastega naboja. 2 Test iz Matematike 4, 23. 6. 2011 Priimek, ime, vp. ˇst. : 1. a) Kakˇsne funkcionale obravnava variacijski raˇcun? Napiˇsi osnovni problem. Kako se lotimo reˇsevanja in kakˇsna je Eulerjeva enaˇcba? b) Kako je, ˇce funkcija ni eksplicitno odvisna od x? c) Kako reˇsujemo, ˇce na enem od koncev intervala nimamo robnega pogoja (prosti konec)? d) Kako je ˇce v izrazu nastopa tudi drugi odvod iskane funkcije? 2. a) Kako in za kakˇsne funkcije je definirana Fourierova transformacija? Kakˇsne so lastnosti transformiranke (vedenje v neskonˇcnosti itd.)? b) Napiˇsi formulo za inverzno transformacijo. Kaj se zgodi, ˇce dvakrat uporabimo Fourierovo transformacijo? c) Kakˇsna je Fourierova transformiranka odvoda funkcije? d) Ali ima Fourierova transformacija kako lastno funkcijo? e) Napiˇsi Parsevalovo formulo za Fourierovo transformacijo. ˇ f) Cemu je enak odvod Fourierove transformiranke? 3. a) Kdaj lahko analitiˇcno funkcijo razvijemo v Laurentovo vrsto? Kakˇsno obliko ima ta vrsta in kje konvergira? b) Razvij v Laurentovo vrsto okrog 0 funkcijo f (z) = 1 . z(2 − z) Kje konvergira dobljena vrsta? Koliko je mogoˇcih razvojev? 4. a) Kaj je M¨obiusova transformacija? Kje je definirana? Kaj je zaloga vrednosti? Ali je konformna in kako to dokaˇzemo? Doloˇci njen inverz. b) Na kakˇsne geometrijske transformacije lahko razstavimo linearno transformacijo? Opiˇsi te transformacije. c) Kaj ohranja Moebiusova transformacija? d) Katere Moebiusove transformacije ohranjajo enotski krog? e) Napiˇsi konformno preslikavo, ki notranjost enotskega kroga preslika na polravnino Re z > 0. 1 5. Imamo linearni diferencialni operator drugega reda, definiran na (podprostoru v) C 2 [a, b]. a) Kdaj je ta operator simetriˇcen? Navedi tri situacije, v katerih je to res. b) Kaj velja za lastne vrednosti in lastne funkcije simetriˇcnega operatorja in kako to dokaˇzemo? c) Pri kakˇsnih robnih pogojih so lastni podprostori enorazseˇzni in kako to dokaˇzemo? *d) Kaj je regularni Sturm-Liouvillov problem in kaj lahko povemo v tem primeru? 2 Test iz Matematike 4, 4. 7. 2011 Priimek, ime, vp. ˇst. : 1. a) Kaj je izoperimetriˇcni problem v variacijskem raˇcunu (v ˇsirˇsem smislu)? Kako se lotimo reˇsevanja? b) Navedi primer izoperimetriˇcnega problema in reˇsitev. c) Kaj je vezani ekstrem v variacijskem raˇcunu? Kako se lotimo reˇsevanja? d) Navedi primer vezanega ekstrema. 2. a) Kako in za kakˇsne funkcije je definirana konvolucija na R? b) Kakˇsne so lastnosti konvolucije? Ali ima konvolucija enoto (natanˇcno in morda v bolj ohlapnem smislu)? c) Koliko je Fourierova transformiranka konvolucije? Kako smo to dokazali? 3. a) Kdaj ima analitiˇcna funkcija f v toˇcki a niˇclo stopnje n? Kakˇsen je potem Taylorjev razvoj za f okrog a? Kako lahko v tem primeru zapiˇsemo f kot produkt dveh faktorjev ? b) Kaj od tod velja za niˇclo n−te stopnje analitiˇcne funkcije in kako to dokaˇzemo? c) Funkcija f je analitiˇcna na obmoˇcju D in ima na njem niˇclo neskonˇcne stopnje. Kaj od tod sledi za f ? Kaj lahko torej povemo za niˇcle nekonstantne analitiˇcne funkcije na D? ˇ sta funkciji f in g analitiˇcni na obmoˇcju D in se ujemata .... d) Ce *e) Zapiˇsi izrek o odprti preslikavi in princip maksima. 4. a) Kaj je izolirana singularna toˇcka funkcije f ? b) Kakˇsne tipe izoliranih singularnih toˇck poznamo in kako so definirani? Kakˇsno je vedenje funkcije v bliˇzini take toˇcke? Doloˇci in klasificiraj singularne toˇcke za f (z) =: c) z −3 (sin z − z); d) sin(z −2 ); e) z −3 cos z. V tem zadnjem primeru doloˇci ˇse residuum v singularni toˇcki. 1 5. a) Napiˇsi Legendrov diferencialni operator. Na katerem intervalu in zakaj je simetriˇcen? Kakˇsne so lastne vrednosti? Kaj so ustrezne lastne funkcije? b) Napiˇsi Rodriguovo formulo za Legendrove polinome. Koliko je vrednost Legendrovih polinomov v 1? c) *Koliko je ||Pn ||2 ? Izraˇcunaj ||P5 + P9 ||2 ali to vsaj izrazi s ||P5 ||2 in ||P9 ||2 . d) Naj bo {Qn |n ∈ N} zaporedje polinomov, ortogonalnih na intervalu [a, b]. Pri tem naj ima Qn stopnjo n. Kaj lahko reˇcemo o polinomih Qn in njihovih niˇclah? (Povedali smo tri izreke.) Kaj to pomeni za Legendrove polinome? 2