臺灣綜合大學系統112學年度學士班轉學生聯合招生
類組代碼:D36
科目名稱:工程數學
解答:(a)先求齊次解,y‴+y′=0⇒λ3+λ=0⇒λ(λ2+1)=0⇒λ=0,±i⇒yh=c1+c2cosx+c3sinx又r(x)=sinx⇒非齊次解yp=Axsinx⇒y′p=Asinx+Axcosx⇒y″p=2Acosx−Axsinx⇒y‴p=−3Asinx−Axcosx⇒y‴p+y′p=−2Asinx=sinx⇒A=−12⇒yp=−12xsinx⇒y=yh+yp⇒y=c1+c2cosx+c3sinx−12xsinx(b)L{y″−4y}=L{−7e2x+x}⇒s2Y(s)−sy(0)−y′(0)−4Y(s)=−7s−2+1s2⇒(s2−4)Y(s)=s+3−7s−2+1s2⇒Y(s)=s+3s2−4−7(s−2)2(s+2)+1s2(s2−4)⇒y(x)=L−1{−14(s+2)+54(s−2)−716(s−2)−74(s−2)2−716(s+2)−14s2−116(s+2)+116(s−2)}=−14e−2x+54e2x+716e2x−74xe2x−716e−2x−x4−116e−2x+116e2x⇒y=14(−3e−2x+7e2x−7xe2x−x)解答:P=A(ATA)−1AT⇒P2=A(ATA)−1ATA(ATA)−1AT=A(ATA)−1AT=P⇒P3=P=16[52−1222−125]
解答:若A=[abcd]⇒A−1=[dad−bc−bad−bc−cad−bcaad−bc]⇒det(A−1)=ad−bc(ad−bc)2=1ad−bc≠1
解答:bn=2π∫π01⋅sin(nx)dx=2π[−1ncos(nx)]|π0=2nπ(1−(−1)n)=4nπ,n為奇數⇒f(x)=1=∞∑n=1bnsin(nx)=4π(sin(x)+13sin(3x)+15sin(5x)+⋯)⇒f(1)=1=4π(sin1+13sin3+15sin5+⋯)⇒sin1+13sin3+15sin5+⋯=4π,故得證
解答:假設u(x,t)=X(x)T(t),則ut=kuxx⇒XT′=kX″T⇒T′kT=X″X=λ為一常數 case I λ>0:X″−λX=0⇒X=c1e√λx+c2e−√λx⇒X′=c1√λe√λx−c2√λe−√λx初始值{X′(0)=0X′(L)=0⇒{c1√λ−c2√λ=0⋯(1)c1√λe√λL−c2√λe−√λL=0⋯(2)由(1)得c1=c2代入(2)⇒c1√λ(e2√λL−1)=0⇒c1=0⇒X=0明顯解不討論Case II λ=0:X″=0⇒X=c1x+c2⇒X′=c1初始值{X′(0)=0X′(L)=0⇒c1=0⇒X=c2,又T′=0⇒T=c3u(x,t)=c2c3,此時我們可假設u(x,t)=C常數解Case III λ=−ρ2<0:X″+ρ2X=0⇒X=Acosρx+Bsinρx⇒X′=−Aρsinρx+Bρcosρx初始值{X′(0)=0X′(L)=0⇒{Bρ=0⇒B=0−AρsinρL+BρcosρL=0⇒{A=B=0⇒X=0明顯解,不討論sinρL=0⇒ρL=nπ⇒ρ=nπL⇒X=cosnπLx,n∈N,此時T′+ρ2kT=0⇒T=Ce−ρ2kt⇒un(x,t)=Ce−ρ2ktcosnπx/L將λ=0,λ=−ρ2的結果合併,可得u(x,t)=a0+∞∑n=1ane−kn2π2t/L2cos(nπx/L)⇒limt→∞u(x,t)=a0=1L∫L0f(x)dx也就是f(x)在區間(0,L)與x軸所圍的面積=平均溫度
解答:(a)f(x,y)=ln(x2+y2+1)+e2xy⇒{fx=2x/(x2+y2+1)+2ye2xyfy=2y/(x2+y2+1)+2xe2xy⇒gradient of f=∇f=(fx,fy)⇒∇f(0,−2)=(−4,−4/5)(b)∇f(0,−2)⋅v‖v‖=(−4,−45)⋅(7,−24)√72+242=(−4,−45)⋅(725,−2425)=45(c)minimum value of the directional derivative=−∇f(0,−2)⋅∇f(0,−2)‖∇f(0,−2)‖=−√(−4)2+(−45)2=−√41625=−4√265 ==================== END ====================
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