Задачи

 

версия для печати

1.5. Линейная алгебра

Задача 5.4. Пять пружин

Рассмотрим пять пружин с постоянными упругости k1, k2, k3, k4, k5, сцепленные друг с другом по оси x в указанном порядке. В несжатом состоянии длины пружин равны соответственно l1, l2, l3, l4, l5.

Найдите длины пружин x1, x2, x3, x4, x5, когда они растянуты так, что сумма их длин вдвое больше суммарной длины в нерастянутом состоянии.

После того как Maple даст общее алгебраическое решение задачи (несколько жутковатое), получите численный ответ, считая, что k1 = 0.5, k2 = 1, k3 = 2, k4 = 3, k5 = 3.5. Пусть длина каждой пружины в нерастянутом состоянии одинакова и равна 10 см. Сила, действующая на пружину, задается формулой F = –k(x – l). Понадобятся навыки решения задач на равновесие из механики первого курса.

Задача 5.5. Простая идея

Эта простая идея всегда появляется в численном анализе.

Подумайте, что происходит, если вы задаете вектор и умножаете его на А. Обычно исходный вектор можно записать как линейную комбинацию собственных векторов, поэтому несложно прикинуть, что сделает умножение на А с каждой из трех компонент собственного вектора: при каждом умножении на А наибольший вектор становится все больше по сравнению с двумя меньшими.

Сделайте так: выберите случайный вектор, затем умножьте его на А и разделите на его норму, применив Norm(v,2), так, чтобы результат был единичным вектором. Затем выполните цикл умножения-перенормировки 20 раз. Теперь найдите угол между конечным результатом и собственным вектором с наибольшим собственным значением. Получился ли из ваших вычислений этот собственный вектор? Можете ли вы объяснить получившийся угол?

Задача 5.9. Электростатический потенциал точечного диполя

Электростатический потенциал точечного диполя в сферических координатах записывается так:

V

Найти электрическое поле этого диполя в сферических координатах из соотношения для потенциала E = –grad(V).

Почему степенной закон для E падает с расстоянием от начала?