113年公務人員高等考試三級考試試題
類 科:天文
科 目:應用數學(包括微積分、微分方程與向量分析)
解答:(一)A=[−1−12−4]⇒det(A−λI)=(λ+3)(λ+2)=0⇒λ=−3,−2λ1=−3⇒(A−λ1I)v=0⇒[2−12−1][x1x2]=0⇒2x1=x2⇒v=x2[1/21], choose v1=[1/21]λ2=−2⇒(A−λ2I)v=0⇒[1−12−2][x1x2]=0⇒x1=x2⇒v=x1[11], choose v2=[11]⇒P=[v1v2]=[1/2111],D=[−300−2](二)[x(t)y(t)]=c1e−3t[1/21]+c2e−2t[11]⇒[x(t)y(t)]=[12c1e−3t+c2e−2tc1e−3t+c2e−2t]又limt→∞x(t)=limt→∞(12c1e−3t+c2e−2t)=0且limt→∞y(t)=limt→∞(c1e−3t+c2e−2t)=0⇒limt→∞x(t)=limt→∞y(t)=0.QED.解答:{x(t)=costy(t)=sintz(t)=3t⇒{x′(t)=−sinty′(t)=costz′(t)=3⇒弧長=∫21√x′(t)2+y′(t)2+z′(t)2dt=∫21√1+9dt=∫21√10dt=√10
解答:算幾不等式:x2+2y4+3z63≥3√6x2y4z6⇒1≥3√6x2y4z6⇒6x2y4z6≤1⇒xy2z3≤1√6⇒f(x,y,z)最大值√66此時x2=2y4=3z6⇒x2=2y4=3z6=1⇒{x2=1y4=1/2z6=1/3⇒{x=±1y=±(1/2)1/4z=±(1/3)1/6⇒(x,y,z)=(±1,±(12)1/4,±(13)1/6),共八個點
解答:(一)f(x,y,z)=3xy−2yz⇒∇f=(fx,fy,fz)=(3y,3x−2z,−2y)⇒grad f=(3y,3x−2z,−2y)∇f(1,0,1)=(0,1,0)⇒∇→uf(1,0,1)=(1√2,12,12)⋅(0,1,0)⇒∇→uf(1,0,1)=12(二)curl (→V)=|→i→j→k∂∂x∂∂y∂∂z2z3yx−z|=(0,1,0)⇒curl (→V)=(0,1,0)div(curl (→V))=div(0,1,0)=0+0+0=0⇒div(curl (→V))=0
解答:Fourier transform 特性:{^ut(ω,t)=∂∂t[ˆu(ω,t)]⋯(1)^uxx(ω,t)=(iω)2ˆu(ω,t)=−ω2ˆu(ω,t)⋯(2)將(1)及(2)代入∂∂tv(x,t)−∂2∂x2v(x,t)=0⇒∂∂tˆv(ω,t)+ω2ˆv(ω,t)=0⇒∂∂tˆv(ω,t)⋅eω2t+ω2ˆv(ω,t)⋅eω2t=0⇒∂∂t(eω2tˆv(ω,t))=0⇒eω2tˆv(ω,t)=g(ω)⇒ˆv(ω,t)=e−ω2tg(ω)⇒ˆv(ω,0)=g(ω)初始值v(x,0)=f(x)⇒ˆv(ω,0)=ˆf(ω)⇒g(ω)=ˆf(ω)⇒ˆv(ω,t)=e−ω2tˆf(ω)我們的目的是求v(x,t),也就是e−ω2tˆf(ω)的 inverse Fourier transform先求F−1(e−ω2t)=12π∫∞−∞e−ω2teiωtdω=1√4πte−x2/4t再由摺積(convolution)來求v(x,t),即v(x,t)=∫∞−∞1√4πte−(x−y)2/4tf(y)dy因此u(x,t)=1√4πt∫∞−∞e−(x−y)2/4tf(y)dy是熱傳導方程式的解.QED.
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解題僅供參考
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