神戸大学 システム情報学研究科 2019年8月実施 数学 [1]
Author
祭音Myyura (co-authored with GPT 5.6 SOL)
Description
(1)
n を自然数とし,
fn(x,y)=(an+bne−n2x)cosny
を考える。
(1-a)
fn が
∂x∂fn(x,y)=∂y2∂2fn(x,y)+ncosny,x>0,0<y<π,
および
fn(0,y)=0,0<y<π
を満たすように,係数 an,bn を定めよ。
(1-b)
D={(x,y):x>0, 0≤y≤π} とする。(1-a) の係数をもつ fn について,任意に固定された (x,y)∈D に対する
n→∞limfn(x,y)
を求めよ。
(2)
a,b を相異なる実数とし,
A=(a+ba−ba−ba+b)
を考える。
- A の固有値および固有ベクトルを求めよ。
- 自然数 n に対して An を求めよ。
题目描述
- 设 n 为自然数,fn(x,y)=(an+bne−n2x)cosny。
- 求使 fn 满足题给偏微分方程及边界条件 fn(0,y)=0 的 an,bn。
- 对任意固定的 (x,y)∈D={x>0,0≤y≤π},求 limn→∞fn(x,y)。
- 对相异实数 a,b 及题给对称矩阵 A,求其特征值、特征向量和 An。
Kai
(1)
(1-a)
∂x∂fn=−n2bne−n2xcosny,
∂y2∂2fn+ncosny=[−n2(an+bne−n2x)+n]cosny.
両者を比較すると
−n2an+n=0,an=n−3/2.
また fn(0,y)=0 より an+bn=0 である。したがって
an=n3/21,bn=−n3/21,
fn(x,y)=n3/21−e−n2xcosny.
(1-b)
x>0 では 0<1−e−n2x<1 であり,∣cosny∣≤1 だから
∣fn(x,y)∣≤n3/21⟶0.
よって
n→∞limfn(x,y)=0.
(2)
(2-a)
A(11)=2a(11),A(1−1)=2b(1−1).
a=b より固有値は相異なる。したがって
λ=2a: v=c(11),λ=2b: v=c(1−1)(c=0).
(2-b)
P=(111−1),P−1=21P,A=P(2a002b)P−1.
ゆえに,n≥1 に対して
An=21((2a)n+(2b)n(2a)n−(2b)n(2a)n−(2b)n(2a)n+(2b)n)
である。なお A0=I である。