Az elméleti fizika alapjai házi feladat

Hasonló dokumentumok
1. Algebra Elemek Műveletek. Tenzor algebra és analízis Einstein-féle konvencióval

n m db. szám a i R Lehet a k, vagy a α. i, α szabad index a ij két indexű mennyiség (i sor index, j oszlop index) a ib j

Valasek Gábor

2. gyakorlat. A polárkoordináta-rendszer

I. VEKTOROK, MÁTRIXOK

MATE-INFO UBB verseny, március 25. MATEMATIKA írásbeli vizsga

Determinánsok. A determináns fogalma olyan algebrai segédeszköz, amellyel. szolgáltat az előbbi kérdésekre, bár ez nem mindig hatékony.

Diszkrét matematika I., 12. előadás Dr. Takách Géza NyME FMK Informatikai Intézet takach november 30.

Matematika A1a Analízis

Budapesti Műszaki Főiskola, Neumann János Informatikai Kar. Vektorok. Fodor János

1.1. Feladatok. x 0 pontban! b) f(x) = 2x + 5, x 0 = 2. d) f(x) = 1 3x+4 = 1. e) f(x) = x 1. f) x 2 4x + 4 sin(x 2), x 0 = 2. általános pontban!

Lin.Alg.Zh.1 feladatok

Vektorok. Wettl Ferenc október 20. Wettl Ferenc Vektorok október / 36

Számítási módszerek a fizikában 1. (BMETE90AF35) tárgy részletes tematikája

1. feladatsor: Vektorterek, lineáris kombináció, mátrixok, determináns (megoldás)

Lin.Alg.Zh.1 feladatok

KOVÁCS BÉLA, MATEMATIKA I.

3. el adás: Determinánsok

Matematika (mesterképzés)

VIK A2 Matematika - BOSCH, Hatvan, 3. Gyakorlati anyag. Mátrix rangja

Mátrixok 2017 Mátrixok

O ( 0, 0, 0 ) A ( 4, 0, 0 ) B ( 4, 3, 0 ) C ( 0, 3, 0 ) D ( 4, 0, 5 ) E ( 4, 3, 5 ) F ( 0, 3, 5 ) G ( 0, 0, 5 )

Műveletek mátrixokkal. Kalkulus. 2018/2019 ősz

Megoldások. Brósch Zoltán (Debreceni Egyetem Kossuth Lajos Gyakorló Gimnáziuma)

Lineáris algebra mérnököknek

1.1. Vektorok és operátorok mátrix formában

Brósch Zoltán (Debreceni Egyetem Kossuth Lajos Gyakorló Gimnáziuma) Vektorok II.

Bevezetés a görbe vonalú geometriába

1. Határozzuk meg, hogy mikor egyenlő egymással a következő két mátrix: ; B = 8 7 2, 5 1. Számítsuk ki az A + B, A B, 3A, B mátrixokat!

Vektoralgebra. Ebben a részben a vektorokat aláhúzással jelöljük

Vektorgeometria (1) First Prev Next Last Go Back Full Screen Close Quit

MateFIZIKA: Pörgés, forgás, csavarodás (Vektorok és axiálvektorok a fizikában)

λ 1 u 1 + λ 2 v 1 + λ 3 w 1 = 0 λ 1 u 2 + λ 2 v 2 + λ 3 w 2 = 0 λ 1 u 3 + λ 2 v 3 + λ 3 w 3 = 0

Matematikai statisztika 1.

Néhány szó a mátrixokról

Vektorterek. =a gyakorlatokon megoldásra ajánlott

1. Milyen parciális törtekre bontaná az alábbi racionális törtfüggvényt:

Egy sík és a koordinátasíkok metszésvonalainak meghatározása

2. előadás. Lineáris algebra numerikus módszerei. Mátrixok Mátrixműveletek Speciális mátrixok, vektorok Norma

1. Mátrixösszeadás és skalárral szorzás

Gyakorló feladatok I.

1. Generátorrendszer. Házi feladat (fizikából tudjuk) Ha v és w nem párhuzamos síkvektorok, akkor generátorrendszert alkotnak a sík vektorainak

1. Determinánsok. Oldjuk meg az alábbi kétismeretlenes, két egyenletet tartalmaz lineáris egyenletrendszert:

Bevezetés az algebrába 1

Lineáris algebra (10A103)

Vektorok, mátrixok, lineáris egyenletrendszerek

Összeállította: dr. Leitold Adrien egyetemi docens

1. Mit jelent az, hogy egy W R n részhalmaz altér?

Numerikus módszerek 1.

Mátrixok, mátrixműveletek

Matematika 11. osztály

Vektorterek. Wettl Ferenc február 17. Wettl Ferenc Vektorterek február / 27

NUMERIKUS MÓDSZEREK I. TÉTELEK

6. előadás. Vektoriális szorzás Vegyesszorzat

ARCHIMEDES MATEMATIKA VERSENY

Minimum követelmények matematika tantárgyból 11. évfolyamon

LINEÁRIS ALGEBRA (A, B, C) tematika (BSc) I. éves nappali programtervező informatikus hallgatóknak évi tanév I. félév

TENZORSZÁMÍTÁS INDEXES JELÖLÉSMÓDBAN

1. feladatsor Komplex számok

17. előadás: Vektorok a térben

Diszkrét matematika 1.

Lineáris algebra I. Vektorok és szorzataik

Komplex számok. Wettl Ferenc előadása alapján Wettl Ferenc előadása alapján Komplex számok / 18

Gyakorlati példák Dr. Gönczi Dávid

Az egyenlőtlenség mindkét oldalát szorozzuk meg 4 16-al:

KOVÁCS BÉLA, MATEMATIKA I.

Vektorszámítás Fizika tanárszak I. évfolyam

Tanmenet a Matematika 10. tankönyvhöz

Vektorok összeadása, kivonása, szorzás számmal, koordináták

Számítógépes Grafika mintafeladatok

Bevezetés az elméleti zikába

Lineáris algebra mérnököknek

és n oszlopból áll, akkor m n-es mátrixról beszélünk. (Az oszlopok száma a mátrix vízszintes mérete, a sorok 2 3-as, a ij..

Klár Gergely 2010/2011. tavaszi félév

Keresztmetszet másodrendű nyomatékainak meghatározása

Első zárthelyi dolgozat megoldásai biomatematikából * A verzió

Számítási feladatok a Számítógépi geometria órához

Összeállította: dr. Leitold Adrien egyetemi docens

Irodalom. (a) A T, B T, (b) A + B, C + D, D C, (c) 3A, (d) AD, DA, B T A, 1 2 B = 1 C = A = 1 0 D = (a) 1 1 3, B T = = ( ) ; A T = 1 0

Osztályozóvizsga és javítóvizsga témakörei Matematika 9. évfolyam

Gyakorló feladatok 9.évf. halmaznak, írd fel az öt elemű részhalmazokat!. Add meg a következő halmazokat és ábrázold Venn-diagrammal:

Meghirdetés féléve 2 Kreditpont Összóraszám (elm+gyak) 2+0

Skaláris szorzat: a b cos, ahol α a két vektor által bezárt szög.

Skalár: egyetlen számadattal (+ mértékegység) jellemezhető mennyiség. Azonos dimenziójú skalár mennyiségek - mértékegység-konverzió után -

9. Trigonometria. I. Nulladik ZH-ban láttuk: 1. Tegye nagyság szerint növekvő sorrendbe az alábbi értékeket! Megoldás:

5. előadás. Skaláris szorzás

HÁZI FELADATOK. 1. félév. 1. konferencia A lineáris algebra alapjai

LINEÁRIS ALGEBRA. matematika alapszak. Euklideszi terek. SZTE Bolyai Intézet, őszi félév. Euklideszi terek LINEÁRIS ALGEBRA 1 / 40

1. A kétszer kettes determináns

KOVÁCS BÉLA, MATEMATIKA II.

Fizika 1i, 2018 őszi félév, 1. gyakorlat

Az Országos Középiskolai Tanulmányi Verseny tanévi első fordulójának feladatmegoldásai

Gauss elimináció, LU felbontás

Kvadratikus alakok és euklideszi terek (előadásvázlat, október 5.) Maróti Miklós, Kátai-Urbán Kamilla

TANMENET 2015/16. Készítette: KOVÁCS ILONA, Felhasználja: Juhász Orsolya

Frissítve: Feszültség- és alakváltozási állapot. 1. példa: Írjuk fel az adott kockához tartozó feszültségtenzort!

3. FELADATSOR. n(n 1) Meggondolható, hogy B képtere az összes alternáló 4-lineáris függvény tere, magja pedig R. Hesse(f)(X, Y ) = X(Y (f)) X Y (f).

Norma Determináns, inverz Kondíciószám Direkt és inverz hibák Lin. egyenletrendszerek A Gauss-módszer. Lineáris algebra numerikus módszerei

További adalékok a merőleges axonometriához

9. Írjuk fel annak a síknak az egyenletét, amely átmegy az M 0(1, 2, 3) ponton és. egyenessel;

Átírás:

Az elméleti fizika alapjai házi feladat A jellel ellátott feladatok opcionálisak és plusz pontot érnek. A határidőn túl leadott házi feladatok is pontot érnek, még ha kevesebbet is. Pl. az 1. házi feladat a félév végén leadva 50%-ot ér. A következő információkat kérném feltüntetni Első oldalon: név, házi feladat száma (pl. 1. házi feladat vagy 3. házi feladat 2. rész (amennyiben nem sikerült egy részletben leadni)), LEADÁS DÁTUMA (nem az elkészítés időpontja, nem a határidőé), az adott házi feladathoz tartozó ívek(lapok) száma Közbülső oldalakon: oldalszám, az egyes feladatok sorszáma Utolsó oldalon:a házi feladat végét egyértelműen megjelölni Az esetleges utólagos pótlást külön házi feladatként leadni és nem összekeverni az aktuálissal (pl. az 5. szemináriumon a 4. házi feladat külön és a 3. házi feladat 2. része külön, de ugyanazzal a dátummal ellátva) A feladatok lehetőség szerint a kiírási sorrendben legyenek kidolgozva. A szép írás nem ér pontot, de az a kidolgozás se, amit nem tudok elolvasni. 1

1. hét Leadási határidő: október 11. 1. Igazoljuk, hogy egy háromszögben, melynek oldalai rendre a, b és c hosszúságúak, fennáll, hogy ahol θ az a és b oldalak által közrezárt szög. c 2 = a 2 + b 2 2ab cos θ, 2. Adjuk geometriai igazolását a skaláris szorzat vektorok összeadására vonatkozó disztributivitásának. a (b + c) = a b + a c Útmutatás: Használjuk a skaláris szorzat a b = ab cos θ tulajdonságát. Vegyük fel az a vektort vízszintesen és vizsgáljuk a többi vektor vízszintes vetületét. 3. Négyzetes mátrixokra vonatkozóan igazoljuk az alábbi összefüggéseket: (a) A B B A (b) (A B) = B A (c) (A B) = A (B ) - szorzással szembeni asszociativitás (d) Tr(A B) = Tr(B A) (e) Tr(A B ) = Tr( A B) Alakítsuk át mátrix alakba a következőket az alábbi példa alapján. Ahol lehet adjunk többféle megoldást is: a i b j ji =? I. megoldás: a i b j ji = T r i,j a ( b ) i,j = T r II. megoldás: a i b j ji = b j ji a i = ( b ) i,j = T r (a b) a a b = ( b ) a = b a = Magyarázat: A T r(m) alatt a i m ii mennyiséget értjük. Jelentése: trace (en), spur (de), nyom (hu), az átlós elemek összege. Példa: T r(a b) = T r(a i b j ) = i a i b i = a b. azaz ( a ) b = T r b ( a ) = T r a b 2

4. b j jm A im =? 5. a i b j c j =? 6. a i b j kl D li =? 7. A ij B jk c k A il =? j,m i,l i,j,k 8. A i b k kj =? Írjuk át tenzoriális alakra a következőket (az előző feladat fordítottja): 9. 10. 11. ( d ) A ( b ) f g k j c ( b ) D D e a E =? ( c ) =? =? 12. Határozzuk meg az alábbi tenzoriális kifejezések rendjét használva az Einstein-féle összegkonvenciót. Pl. 2. hét (a) D jkl c klm a ij (b) B abc D def E kl a i F febcl H j (c) a ik b i c k D lm Leadási határidő: október 18. 1. a ij b kj l = c ikl (3. rendű) Írjuk fel kifejtve egy 4 4-es mátrix determinánsát kiindulva a determináns általános meghatározásából: det(a) ( 1) Pi 1 i 2...in a 1i1 a 2i2... a nin = ε i1i 2...i n a 1i1 a 2i2... a nin, i 1i 2...i n P i1 i 2...in ahol P i1i 2...i n az 1, 2,..., n értékek különböző permutációi, ε pedig a szemináriumon bevezetett teljesen antiszimmetrikus n-edrendű tenzor. 3

2. Írjuk fel a Levi-ivita tenzor 27 elemét. 3. Kiindulva az δ i1j 1 δ i1j 2... δ i1j n δ i2j 1 δ i2j 2... δ i2j n ε i1i 2...i n ε j1j 2...j n =...... δ inj 1 δ inj 2... δ inj n általános összefüggésből, igazoltuk a háromindexű Levi-ivita tenzor esetére az alábbi összefüggéseket: ε ijk ε lmk = δ il δ jm δ im δ jl ε ijk ε ljk = 2δ il ε ijk ε ijk = 6 Ennek alapján fejtsük ki a négyindexű Levi-ivita tenzor esetére az alábbi kifejezéseket: (a) ε ijkl ε mnol =? (b) ε ijkl ε mnkl =? (c) ε ijkl ε mjkl =? (d) ε ijkl ε ijkl =? Útmutatás: A determináns kifejtését követően 24 tagot, tagonként négy Kronecker-szimbólumot tartalmazó szorzatot kapunk. Ezekben összevonjuk az azonos indexeket tartalmazó Kronecker-szimbólumokat a tárgyalt eljárás szerint, mégpedig: a Kroneckerszimbólum összevonásban nem résztvevő indexe ráerőltetődik a másik tenzor (most az is Kronecker-szimbólum) összevonásban résztvevő indexére és az előbbi Kronecker-szimbólum eltűnik. Figyeljünk a szabad indexek számára! Az első összefüggés esetében minden tag hat szabad indexet tartalmaz. A második esetében a már korábban igazolt összefüggésből indulunk ki, további két indexet összevonva és minden tagunk negyedrendű tenzor lesz. Ne feledjük, hogy δ ii = 4 (Einstein-féle összegzési konvenció alapján) 4. Kiindulva a det(ab) = det(a)det(b) és det(a ) = det(a) összefüggésekből igazoljuk: (a) det(ab) = det(ba) (b) det(a 1 A 2... A k ) = det(a 1 )det(a 2 )... det(a k ) 5. Igazoljuk a vektori szorzatra vonatkozóan (használjuk a determináns alakot) i j k a b = a x a y a z b x b y b z : (a) (αa) b = a (αb) = α(a b) (b) antikommutativitását (c) összeadással szembeni disztributivitását (d) asszociativitás érvényességét vagy érvénytelenségét (e) Jacobi azonosságot: a (b c) + c (a b) + b (c a) = 0. (+25%) 4

3. hét Leadási határidő: október 25. 1. Legyen a 1 = (1, 0, 1), a 2 = (0, 1, 0), és a 3 = (1, 1, 1) három vektor az i, j, k ortonormált bázisban felírva. (a) Ábrázoljuk a három vektort az OXYZ derékszögű koordináta rendszerben a három koordinátasíkra való vetületeikkel együtt. (b) Határozzuk meg az a 1 + 2a 2 és 2a 2 a 3 vektorokat, illetve a három vektorból képezhető összes skaláris szorzatot. (c) Határozzuk meg a c 1, c 2, c 3 skalárokat úgy, hogy a b 1 = (5, 6, 5) vektor a c 1 a 1 + c 2 a 2 + c 3 a 3 alakba legyen felírható. (d) Ismételjük meg az előbbi műveletet a b 2 = (2, 3, 4) vektorra. (e) Lehet-e az a 1, a 2, a 3 vektorokat R 3 bázisaként használni? Válaszunkat indokoljuk! (f) Keressünk egy olyan b 3 vektort, mely a b 1 és b 2 vektorokkal együtt bázist alkot az R 3 térben. (g) Ellenőrizzük, hogy b 3 párhuzamos-e az a 1, a 2, és a 3 vektorok valamelyikével. szorzatot!) (Ne használjunk vektori (h) Ellenőrizzük, hogy b 3 benne fekszik-e az a 1, a 2, és a 3 vektorok által páronként meghatározott három sík valamelyikében. 2. Igazoljuk az alábbi összefüggéseket tenzoriálisan (indexes jelöléssel, használva a Kronecker delta és Levi-ivita tenzorok tulajdonságait): (a) (a b) 2 = a 2 b 2 (a b) 2 (b) (a b) (c d) = b(a, c, d) a(b, c, d) Útmutatás: járjunk el a szemináriumon bizonyított (a b) c = b(a c) a(b c) alapján. 3. Igazoljuk az alábbi összefüggéseket vektoriálisan (skaláris-, vektoriális-, vegyes szorzatokat és korábbi vektorösszefüggéseket használva, pl. a (b c) felbontása) : (a) (a b) 2 = a 2 b 2 (a b) 2 (b) (a b) (c d) = b(a, c, d) a(b, c, d) 4. Számítsuk ki az a (n) együtthatót és a zárójelben levő kifejezést az alábbi összefüggésekben: n i n j = a (2) δ ij ; n i n j n k = a (3) {... } ; n i n j n k n l = a (4) {... } n i1 n i2 n i3 n i4 n i5 = a (5) {... } ; n i1 n i2 n i3 n i4 n i5 n i6 = a (6) {... } Az előző eredmények alapján számítsuk ki: ( 8 ) n ik k=1 = a (8) {... } 5

5. (b n) 2 = ; (b n)(c n) = ; (b n) 4 = (b n) 2 (c n) 2 = ; (a n)(b n)(c n)(d n) = (a n) 6 = ; (a n) 4 (b n) 2 = ; (a n) 2 (b n) 2 (c n) 2 = (a n) 2 (b n) 2 (c n) 2 (d n) 2 = 6. Határozzuk meg az a (2n+2) és az a (2n) közötti rekurrenciás összefüggést. 6