%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%% % % % Scientific Word Wrap/Unwrap Version 2.5 % % Scientific Word Wrap/Unwrap Version 3.0 % % % % If you are separating the files in this message by hand, you will % % need to identify the file type and place it in the appropriate % % directory. The possible types are: Document, DocAssoc, Other, % % Macro, Style, Graphic, PastedPict, and PlotPict. Extract files % % tagged as Document, DocAssoc, or Other into your TeX source file % % directory. Macro files go into your TeX macros directory. Style % % files are used by Scientific Word and do not need to be extracted. % % Graphic, PastedPict, and PlotPict files should be placed in a % % graphics directory. % % % % Graphic files need to be converted from the text format (this is % % done for e-mail compatability) to the original 8-bit binary format. % % % %%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%% % % % Files included: % % % % "/document/review_probs_final.tex", Document, 9879, 12/3/2001, 18:13:58, ""% % "/document/GNS5B809.bmp", PastePict, 13090, 10/11/2001, 17:46:04, ""% % % %%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%% %%%%%%%%%%%%%%%% Start /document/review_probs_final.tex %%%%%%%%%%%%%%% %\newtheorem{theorem}{Theorem} %\newtheorem{axiom}[theorem]{Axiom} %\newtheorem{conjecture}[theorem]{Conjecture} %\newtheorem{corollary}[theorem]{Corollary} %\newtheorem{definition}[theorem]{Definition} %\newtheorem{example}[theorem]{Example} %\newtheorem{exercise}[theorem]{Exercise} %\newtheorem{lemma}[theorem]{Lemma} %\newtheorem{proposition}[theorem]{Proposition} %\newtheorem{remark}[theorem]{Remark} \documentclass{article} %%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%% \usepackage{graphicx} \usepackage{amsmath} \setcounter{MaxMatrixCols}{10} %TCIDATA{OutputFilter=LATEX.DLL} %TCIDATA{Version=4.00.0.2309} %TCIDATA{Created=Sunday, May 16, 1999 12:00:37} %TCIDATA{LastRevised=Monday, December 03, 2001 13:13:56} %TCIDATA{} %TCIDATA{} %TCIDATA{Language=American English} %TCIDATA{CSTFile=webmath.cst} %TCIDATA{PageSetup=72,72,72,72,0} %TCIDATA{AllPages= %F=36,\PARA{038

\hfill \thepage} %} \newtheorem{acknowledgement}[theorem]{Acknowledgement} \newtheorem{algorithm}[theorem]{Algorithm} \newtheorem{case}[theorem]{Case} \newtheorem{claim}[theorem]{Claim} \newtheorem{conclusion}[theorem]{Conclusion} \newtheorem{condition}[theorem]{Condition} \newtheorem{criterion}[theorem]{Criterion} \newtheorem{notation}[theorem]{Notation} \newtheorem{problem}[theorem]{Problem} \newtheorem{solution}[theorem]{Solution} \newtheorem{summary}[theorem]{Summary} \newenvironment{proof}[1][Proof]{\textbf{#1.} }{\ \rule{0.5em}{0.5em}} \input{tcilatex} \begin{document} \section{Ma 227 Review Problems for Final Exam} \vspace{1pt}\textsl{Please note that the review below is by no means meant to be exhaustive.} First of all make sure that you can do all of the problems on the three exams your had. These exams are at %TCIMACRO{% %\hyperref{Exams}{}{}{http://attila.stevens-tech.edu/~llevine/ma227/old_exams227.html} }% %BeginExpansion \msihyperref{Exams}{}{}{http://attila.stevens-tech.edu/~llevine/ma227/old_exams227.html} %EndExpansion \ \ (Hold the Ctrl key and click.) \vspace{1pt} Also go over the practice problems that were assigned for your exams. \vspace{1pt}Below are some of the homework problems that were assigned during the semester. The solutions to all of them are on the web. 1. \ DEs Book: Section 9.1 \# 7; \ 9. 2 \#11; 9.3 \#5, 11, 16, 19; 9.4 \#7, 13, 19; 9.5 \#6, 7, 8, 20; 9.8 \#1, 3 \vspace{1pt} 2. Stewart Chapter 12: Section 12.2 \#6, 11, 19; 12.3 \#5, 11, 15; 12.4 \#7, 9, 11, 17, 25; 12.6 \#1, 3, 7, 12.7 \#7, 11, 15; 12.8 \#7, 9, 11, 17; \vspace{1pt} 3. Stewart Chapter 13: Section 13.1 \#24, 13.2 \#5, 11, 31; 13.3 \#7, 17, 21; 13.4 \#3, 11, 15 13.5 \#3, 5, 11, 15; 13.6 \#5, 9, 17, 21;13.7 \# 3, 7, 13, 15;\ \ 13.8 \#3, 5, 9 \vspace{1pt} 4. %TCIMACRO{% %\hyperref{1998 Final Exam}{}{}{http://attila.stevens-tech.edu/~llevine/ma227/ma227f98.tex} }% %BeginExpansion \msihyperref{1998 Final Exam}{}{}{http://attila.stevens-tech.edu/~llevine/ma227/ma227f98.tex} %EndExpansion (Hold down Ctrl and click) All parts of problems 3, 4, 5, 6, and 7b, 8a, 9b \vspace{1pt} 5. Also study the example below. Example. Verify Gauss's Divergence theorem, namely \vspace{1pt} \qquad \qquad \begin{equation*} \int \int\limits_{S}\overrightarrow{F}\cdot \overrightarrow{n}ds=\int \int \int\limits_{V}div\overrightarrow{F}dv \end{equation*} \vspace{1pt} where $\overrightarrow{F}=(x-y+z)\overrightarrow{i}+2x\overrightarrow{j}+% \overrightarrow{k}$ and $S$ is the closed parabolic bowl consisting of the two pieces \vspace{1pt}$\qquad $% \begin{equation*} S_{1}:\text{the circle \ \ }x^{2}+y^{2}\leq 1,\qquad z=1, \end{equation*} and \qquad \begin{equation*} S_{2}:z=x^{2}+y^{2};\qquad x^{2}+y^{2}\leq 1 \end{equation*} \vspace{1pt}\FRAME{dtbpF}{138.3125pt}{136pt}{0pt}{}{}{Figure }{\special% {language "Scientific Word";type "GRAPHIC";maintain-aspect-ratio TRUE;display "USEDEF";valid_file "T";width 138.3125pt;height 136pt;depth 0pt;original-width 528.5pt;original-height 519.4375pt;cropleft "0";croptop "1";cropright "1";cropbottom "0";tempfilename 'GNS5B809.bmp';tempfile-properties "XPR";}} \vspace{1pt} Thus $S_{2}$ is the bowl proper and $S_{1}$ is the circular cap on top. Since $\overrightarrow{\nabla }\cdot \overrightarrow{F}=1\Rightarrow $ \vspace{1pt} \vspace{1pt}% \begin{eqnarray*} \int \int \int\limits_{V}\overrightarrow{\nabla }\cdot \overrightarrow{F}dv &=&\int \int \int\limits_{V}1dv=\int_{-1}^{1}\int_{-\sqrt{1-x^{2}}}^{+\sqrt{% 1-x^{2}}}\int_{x^{2}+y^{2}}^{1}dzdydx \\ &=&\int_{-1}^{1}\int_{-\sqrt{1-x^{2}}}^{\sqrt{1-x^{2}}}(1-x^{2}-y^{2})dydx=% \int_{0}^{2\pi }\int_{0}^{1}(1-r^{2})rdrd\theta \\ &=&\int_{0}^{2\pi }(\dfrac{r^{2}}{2}-\dfrac{r^{4}}{4})|_{0}^{1}d\theta =% \frac{\pi }{2} \end{eqnarray*} $\qquad $ We now evaluate \begin{equation*} \int \int_{S}\overrightarrow{F}\cdot \overrightarrow{n}ds=\left( \int \int_{S_{1}}+\int \int_{S_{2}}\right) \overrightarrow{F}\cdot \overrightarrow{n}ds \end{equation*} On $S_{2}$ we use cylindrical coordinates \vspace{1pt}% \begin{equation*} x=r\cos \theta ,\qquad y=r\sin \theta \qquad z=z \end{equation*} \vspace{1pt} \qquad $\Rightarrow \qquad $% \begin{equation*} x=r\cos \theta ,\qquad y=r\sin \theta \qquad z=x^{2}+y^{2}=r^{2}, \end{equation*} Let $r=u,\qquad \theta =v\qquad \Rightarrow \qquad x=u\cos v,\qquad y=u\sin v,\qquad z=u^{2}\qquad 0\leq u\leq 1\qquad 0\leq v\leq 2\pi $ \vspace{1pt} \vspace{1pt}\qquad $\Rightarrow \qquad $% \begin{equation*} \overrightarrow{r}(u,v)=u\cos v\overrightarrow{i}+u\sin v\overrightarrow{j}% +u^{2}\overrightarrow{k} \end{equation*} \qquad \qquad \qquad \begin{eqnarray*} \overrightarrow{r_{u}} &=&\cos v\overrightarrow{i}\sin v\overrightarrow{j}+2u% \overrightarrow{k} \\ \overrightarrow{r_{v}} &=&-u\sin v\overrightarrow{i+}u\cos v\overrightarrow{j% } \end{eqnarray*} \qquad \qquad \qquad \vspace{1pt} \begin{eqnarray*} \overrightarrow{r_{u}}\times \overrightarrow{r_{v}} &=&\left| \begin{array}{lll} \overrightarrow{i} & \overrightarrow{j} & \overrightarrow{k} \\ \cos v & \sin v & 2u \\ -u\sin v & u\cos v & 0% \end{array}% \right| =-2u^{2}\sin v\overrightarrow{j}+u\cos ^{2}v\overrightarrow{k}+u\sin ^{2}v\overrightarrow{k}-2u^{2}\cos v\overrightarrow{i} \\ &=&-2u^{2}\cos v\overrightarrow{i}-2u^{2}\sin v\overrightarrow{j}+u% \overrightarrow{k} \end{eqnarray*} \qquad \qquad $\qquad \qquad \qquad \qquad \qquad \qquad \qquad $ Note that for $v=\theta =0,\qquad r=u=1$, and we have \qquad \begin{equation*} \overrightarrow{r_{u}}\times \overrightarrow{r_{v}}=-2\overrightarrow{i}+% \overrightarrow{k} \end{equation*} which is inner. Therefore we use% \begin{equation*} -\overrightarrow{r_{u}}\times \overrightarrow{r_{v}}=2u^{2}\cos v% \overrightarrow{i}+2u^{2}\sin v\overrightarrow{j}-u\overrightarrow{k}=% \overrightarrow{N} \end{equation*} \qquad \begin{equation*} \overrightarrow{F}=(u\cos v-u\sin v+u^{2})\overrightarrow{i}+2u\cos v% \overrightarrow{j}+\vec{k} \end{equation*} $\Rightarrow $ \ \begin{equation*} \overrightarrow{F}\cdot \overrightarrow{N}=2u^{3}\cos ^{2}v-2u^{3}\sin v\cos v+2u^{4}\cos v+4u^{3}\sin v\cos v-u \end{equation*} Therefore% \begin{eqnarray*} \int \int_{S_{2}}\overrightarrow{F}\cdot \overrightarrow{N}ds &=&\int_{0}^{2\pi }\int_{0}^{1}[2u^{3}\cos ^{2}v+2u^{3}\sin v\cos v+2u^{4}\cos v-u]dudv \\ &=&\int_{0}^{2\pi }[\frac{1}{2}\cos ^{2}v+\frac{1}{2}\sin v\cos v+\frac{2}{5}% \cos v-\frac{1}{2}]dv \\ &=&\int_{0}^{2\pi }\{\frac{1}{4}(1+\cos 2v)\}dv+[\frac{1}{4}\sin ^{2}v+\frac{% 2}{5}\sin v-\frac{1}{2}v]_{0}^{2\pi } \\ &=&\frac{v}{4}+\frac{\sin 2v}{8}|_{0}^{2\pi }-\pi \end{eqnarray*} Thus $\vspace{1pt}$\qquad \qquad \qquad \begin{equation*} \int \int_{S_{2}}\overrightarrow{F}\cdot \overrightarrow{N}ds=\frac{\pi }{2}% -\pi =-\frac{\pi }{2} \end{equation*}% \qquad \qquad \qquad On $S_{1}$ : this is the circle $x^{2}+y^{2}\leq 1,\qquad z=1$. We use the parametrization \vspace{1pt}\qquad \qquad \qquad \qquad \begin{equation*} x=r\cos \theta ,\qquad y=r\sin \theta ,\qquad z=1 \end{equation*} Therefore $\overrightarrow{r}(u,v)=u\cos v\overrightarrow{i}+u\sin v% \overrightarrow{j}+\overrightarrow{k}\qquad 0\leq u\leq 1,\qquad 0\leq v\leq 2\pi $ \vspace{1pt} \qquad \qquad \qquad \begin{equation*} \overrightarrow{r_{u}}=\cos \overrightarrow{v}+\sin v\overrightarrow{j}% \qquad \overrightarrow{r_{v}}=-u\sin v\overrightarrow{i}+u\cos v% \overrightarrow{j} \end{equation*} \vspace{1pt} \begin{equation*} \overrightarrow{r_{u}}\times \overrightarrow{r_{v}}=\left| \begin{array}{lll} \overrightarrow{i} & \overrightarrow{j} & \overrightarrow{k} \\ \cos v & \sin v & 0 \\ -u\sin v & u\cos v & 0% \end{array}% \right| =u\cos ^{2}v\overrightarrow{k}+u\sin ^{2}v\overrightarrow{k}=u% \overrightarrow{k} \end{equation*} \vspace{1pt} As expected this is outward since $0\leq u\leq 1.$ Therefore $\overrightarrow{N}=u\overrightarrow{k}$ and $\overrightarrow{F}% =(u\cos v-u\sin v+1)\overrightarrow{i}+2u\cos v\overrightarrow{j}+% \overrightarrow{k}$ \vspace{1pt}\qquad \qquad $\Rightarrow \qquad $% \begin{equation*} \overrightarrow{F}\cdot \overrightarrow{N}=u \end{equation*} \vspace{1pt} $\Rightarrow $ \ \begin{equation*} \int \int\limits_{S_{1}}\overrightarrow{F}\cdot \overrightarrow{N}% ds=\int_{0}^{2\pi }\int_{0}^{1}ududv=\pi \end{equation*} \vspace{1pt}So that% \begin{equation*} \diint_{S_{2}}+\diint_{S_{1}}=-\frac{\pi }{2}+\pi =\frac{\pi }{2} \end{equation*} \end{document} %%%%%%%%%%%%%%%%% End /document/review_probs_final.tex %%%%%%%%%%%%%%%% %%%%%%%%%%%%%%%%%%%%% Start /document/GNS5B809.bmp %%%%%%%%%%%%%%%%%%%% BudHs@@@@@@@@XCA@@@J@@@@~J@@@Hk@@@P@@`@@A@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@ @@@@@@B@@@B@@@@H`@@H@@@@`@@H@@BH@@@Lp@C@p\CL@pkli@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@ @@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@ @@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@ 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@`US@@B|OB@|OWK@@@@`US@@B|OB@|OWK@@@@@VS@@B|OB@|oVK@@@@@V S@@B|OB@|oVK@@@@@VS@@D|OB@|OVK@@@@@VS@@D|OB@|OVK@@@@`VS@ @D|OB@|oUK@@@@`VS@@D|OB@|oUK@@@@@WK@@F|OB@|OUK@@@@@WK@@F| OB@|OUK@@@@`Yc@@KuB@@@@XvH@pR}o@@@@@h}OB@|OTK@@@@@Z c@@CuB@@@@hvH@pN}o@@@@@j}OB@|oSK@@@@@[c@@stB@@@@pv H@pL}o@@@@@n}OB@|oRK@@@@`[c@@ktB@@@@@wH@pH}o@@@@@p}O B@|ORK@@@@`\c@@[tB@@@@HwH@pF}o@@@@@t}OB@|OQK@@@@@]c @@StB@@@@XwH@pB}o@@@@@v}OB@|oPK@@@@@^c@@CtB@@@@`wH @p@}o@@@@@z}OB@|oOK@@@@`^c@@{sB@@@@pwH@p||o@@@@@|}OB @|OOK@@@@`_c@@ksB@@@@xwH@pz|o@@@@@@~OB@|ONK@@@@@`c@ @csB@@@@HxH@pv|o@@@@@B~OB@|oMK@@@@@ac@@SsB@@@@PxH@ pt|o@@@@@F~OB@|oLK@@@@`ac@@KsB@@@@`xH@pp|o@@@@@H~OB@ |OLK@@@@`bc@@{rB@@@@hxH@pn|o@@@@@L~OB@|OKK@@@@@cc@@ srB@@@@xxH@pj|o@@@@@N~OB@|oJK@@@@@dc@@crB@@@@@yH@p h|o@@@@@R~OB@|oIK@@@@`dc@@[rB@@@@PyH@pd|o@@@@@T~OB@| OIK@@@@`ec@@KrB@@@@XyH@pb|o@@@@@X~OB@|OHK@@@@@fc@@ CrB@@@@hyH@p^|o@@@@@Z~OB@|oGK@@@@@gc@@sqB@@@@pyH@p \|o@@@@@^~OB@|oFK@@@@`gc@@kqB@@@@@zH@pX|o@@@@@`~OB@| 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