Kategorier
matematik 5

DefiniteIntegral solution by variablesubstitution

Kategorier
matematik 5 Uncategorized

uppgift 3145 i Sjunneson matematik 5

Kategorier
Advanced matematik 5 Mathematical physics Uncategorized

Laplacetransformen och Fouriertransformen

Pierre Simon de Laplace

Laplacetransform är en matematisk transform som bland annat används vid analys av linjära system och differentialekvationer. Den är namngiven efter Pierre Simon de Laplace. Transformen avbildar en funktion , definierad på icke-negativa reella tal t ≥ 0, på funktionen , och definieras som:

Laplacetransformen är definierad för de tal (reella eller komplexa) för vilka integralen existerar, vilket vanligen innebär för alla tal med realdel , där är en konstant som beror på ökningen av .

e<sup>-st</sup> benämns kärnan i transformen och skiljer sig åt mellan de olika transformerna.

 

Genom att laplacetransformera en differentialekvation kan den omvandlas till en algebraisk ekvation, som kan vara lättare att lösa. Efter att ha löst den kan uttrycket sedan transformeras tillbaka. Detta är speciellt värdefullt när problemet är diskontinuerligt, och varje intervall måste behandlas för sig. I laplacetransformens algebraiska ekvation blir i stället varje intervall en term i ekvationen.

En fördel med att använda laplacetransformen i stället för den besläktade fouriertransformen är att med den förra kommer begynnelsevärdet att direkt inkluderas i den algebraiska ekvationen.

Tillämpning på differentialekvationslösning:

Genom att laplacetransformera en differentialekvation kan den omvandlas till en algebraisk ekvation, som kan vara lättare att lösa. Efter att ha löst den kan uttrycket sedan transformeras tillbaka. Detta är speciellt värdefullt när problemet är diskontinuerligt, och varje intervall måste behandlas för sig. I laplacetransformens algebraiska ekvation blir i stället varje intervall en term i ekvationen.

En andraordningens differentialekvation kan omvandlas till en första ordningens differentialekvation genom en Laplacetransformation. En tredje ordningens diffekvation kan omvandlas till en andraordningens diffekvation osv.

Därvid förenklas problemet.

En fördel med att använda laplacetransformen i stället för den besläktade fouriertransformen är att med den förra kommer begynnelsevärdet att direkt inkluderas i den algebraiska ekvationen.

Övriga tillämpningar:

Transformationen har en mängd egenskaper som gör den användbar såväl för analys av linjära dynamiska system som vid lösande av differentialekvationer.

I konkreta fysiska system tolkas ofta laplacetransformen som en transformering från tidsdomänen, där indata och utdata ses som funktioner av tiden, till frekvensdomänen, där samma in- och utdata ses som funktioner av komplexa vinkelfrekvenser, eller radianer per tidsenhet. Förutom att ge ett fundamentalt annorlunda sätt att beskriva beteendet hos ett system så gör denna transformering att de matematiska beräkningar som krävs för att analysera systemet blir mycket enklare och mindre komplexa. Det är en kraftfull teknik för analys av system som exempelvis elektriska kretsar, harmoniska oscillatorer, optiska instrument, mekaniska system och reglersystem. Laplacetransformen kan ge en alternativ beskrivning av ett system, vilket ofta drastiskt förenklar analysen av systemets beteende, såväl som skapandet av nya system utifrån givna specifikationer.

 

Ex. Om man Laplacetransformerar rörelseekvationen för Den harmoniska oscillatorn

mX”(t) + kX(t) = 0

med startvillkoren X(0) = X<sub>0</sub> och X'(0) = 0.

Lapalcetransformering ger

mL{X”(t)} + kLX(t) = 0

→ ms2X(s) – msX<sub>0</sub> + kX(s) = 0

X(s) = X0 s/(s2 + ω02)

där &omega;0 = k/m

Detta är Laplacetransformen av cos(&omega;t)

varför X(t) = X0 cos(&omega;0t)

x2

 

 

omvandlas

Kategorier
matematik 5 Uncategorized

Dirichlets lådprincip

Peter lejeune dirichlet

Principen att om man skall placera n+1 st föremål i n st lådor så måste minst en låda innehålla två stycken föremål.

ex. I en grupp på 13 personer har minst två personer födelsedag i samma månad . 
lådorna är här årets 12 månader. 
föremålen är de 13 personerna. 


Denna princip är uppkallad efter Peter Gustav Lejeune-Dirichlet (1805-1859) som var professor I matematik vid universitetet i Göttingen.
Ett kuriosum är att han var gift med Rebecka Mendelssohn som var syster till den världsberömde kompositören Felix Mendelssohn.(1809-1847).

  • Felix Mendelssoh-Bartholdt
Kategorier
Gymnasiematematik(high school math) matematik 4 matematik 5 teacher's stuff

‘Bevisens roll i gymnasieskolan’ -examensarbete på gymnasielärarutbildningen 1995 av mig.

SKM_C3350200611112602

SKM_C3350200611112501

SKM_C3350200611112502

SKM_C3350200611112503

SKM_C3350200611112504

SKM_C3350200611112505

SKM_C3350200611112600

SKM_C3350200611112601

Kategorier
Fysik 1 matematik 4 matematik 5 Mathematical physics Uncategorized

Kartavbildnings -problemet

Att projicera en tredimensionell yta, t.ex jordgloben, på en tvådimensionell yta är omöjligt o man samtidigt vill behålla proportionerna på ländernas storlek. Eller?

Kategorier
Gymnasiematematik(high school math) matematik 5 teacher's stuff Uncategorized

MacLaurin-expansion of cotangens(X)

Det finns en del elegant matematik i MacLaurinutvecklingen av cotangens(x).

Taylorutvecklingen är ett sätt att skriva en funktion som en serie med hjälp av funktionens derivator i en given punkt.  Specialfallet att man beräknar derivatorna för x=0  benämns MacLaurinutvecklingen av funktionen.
Det kan visas att:
f(x) = f(0) + f'(0)x + f”(0)x2/2! + f3(0)x3/3! + ….. 

(vilket är MacLaurinutvecklingen av funktionen f(x)!) 

I vårt fall är f(x) = cot(x) = cos(x)/sin(X).
För att komma vidare ersätts de trigonometriska funktionerna cos(X) och sin(x) med sina respektive MacLaurinutvecklingar:
cos(x) = 1 – x2/2! + x4/4! – …
sin(X) = x – x3/3! + x5/5! – ….

cos(x)/sin(x) = (1 – x2/2! + x4/4! – …)/(x – x3/3! + …)

Faktorisering av nämnaren ger x(1 – x2/3! + ….)

Enligt formeln för summan av den geometriska serien
∑xk = 1/(1-k)

kan man skriva
1/(1 – x2/3! + O(x3))  (där O(x3) sammanfattar alla termer av högre gradtal än 2.)

som
1 + x2/6 + O(x3)+ ….

cos(X)/sin(x) = (1 – x2/2! + O(x3) )(1 + x2/6 + O(x3)) /x = (1 +x2/6 – x2/2! +O(x3))/x =

1/x – x/3 + O(x3)

Som alltså är MacLaurinutvecklingen av cotangens (X).

 

Kategorier
matematik 1c matematik 2c matematik 3c matematik 4 matematik 5 teacher's stuff

Mind map över matematiken

En översikt över matematikens olika grenar.

Kategorier
matematik 5 Mathematical physics Uncategorized

Kurvintegraler (lineintegrals)

Olika geometriska objekt kan beskrivas med parameterkurvor.
Till exempel kan enhetscirkeln med medelpunkt i origo beskrivas av:
γ(t) = cos(t) + i sin(t) där t är parametern. Den varierar från 0 till 2π för ett varv.

Enligt Eulers formel kan denna även skrivas som eit.

Att integrera en funktion längs med ett parameterkurva innebär att man substituerar integralens variabel med kurvans parameterfunktion.

Exempel: Integrera funktionen f(z) = z längs en kvarts enhetscirkel. Det vill säga
0 < t < π/2

Då substituerar man z mot eit  → dz/dt = i eit. → dz = i eitdt

∫ eit i eitdt.= i∫ ei2t dt. = i[ei2t ]/(2i) = [ei2/2] = (eiπ – ei20) /2 = ((-1) – 1)/2 = -1

Det kan vara värt att nämna att om man integrerar endast absolutbeloppet av dz = γ dt fås båglängden dvs längden av kurvan.

Ex 2. Bestäm båglängden av enhetscirkeln.

∫ABS(eiti) dt = [t]= 2π ty ABS(ei )= 1.

Q.E.D..

Kategorier
Geogebra matematik 1c matematik 2c matematik 3c matematik 4 matematik 5

Geogebra- Manual

Geogebra är ett kraftfullt, gratis matematikprogram som i allt högre utsträckning ersätter miniräknaren i gymnasieskolan.
Kan laddas ner eller köras online på http://geogebra.org.

Det kan användas som symbolhanterande verktyg tillåtet som digitalt hjälpmedel på nationella prov.
Jag ger några exempel på dess symbolhanterande förmågor.

1. Lösa ut variabler ur formler: Kommandot heter Lös och syntaxen är
Lös(ekvation, variabel)
Exempel: Lös ut r ur F = mv^2/r: Lös(F=mv^2/r,r) .

2. Förenkling och faktorisering av uttryck: Kommandot heter
Expandera och syntaxen är Expandera(uttryck). respektive Faktorer(uttryck) som returnerar de i uttrycket ingående faktorerna samt deras multiplicitet.

Exempel: Expandera(x(x+2))

3. Geogebra kan även faktorisera uttryck. Kommandot heter Faktorisera(uttryck)
Exempel: Faktorisera(x^2-5x+6).

4. Lösa ekvationen med komplexa rötter.
Kommandot heter Löskomplext(ekvation, variabel)
Exempel: Löskomplext(x^2+1=0,x).

5. Lösa ekvationssystem.Kommando och syntax: Lös(ekv.1, ekv.2, ekv.3,….), (x,y,z,….)

Exempel: Lös(x+2=7, 3x-y=0,(x,y))

6. Derivera: Syntax derivera(funktion).
Exempel: Derivera(sin(x)+4x^4)