110年 高普考 高考三級 氣象 應用數學 試卷

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110年公務人員高等考試三級考試試題
類 科
:
氣象
科 目
:
應用數學
(
包括微積分
、
微分方程與向量分析
)
考試時間
:
2
小時
座號
:
※注意:禁止使用電子計算器。
不必抄題,作答時請將試題題號及答案依照順序寫在試卷上,於本試題上作答者,不予計分。
本科目除專門名詞或數理公式外,應使用本國文字作答。
代號:
頁次:
2
-
1
一、科學問題應用,模擬日全蝕現象(如 2020/6/21 之日全蝕),計算日全蝕
過程中於日全蝕處大氣短收直接來自太陽的能量。日全蝕過程如圖,白
色圓圈為太陽、灰色圓圈為月亮,兩星球視覺半徑皆為 R。假設月亮靜
止不動,太陽等速直線運動(v=2R/T),t為時間,初虧時 t=0,食甚時
t=T(兩星球完全重疊),單位時間、單位面積之太陽能量強度為 S,且
假設 S為固定值。
求在 t=0~T任意時間兩球重疊處的面積 A,θ為重疊處之夾角,A為
θ之函數。(10 分)
求初虧到食甚過程(t=0~T)中於日全蝕地點大氣所短收直接來自太
陽的能量。(20 分)
(提示:能量變化 dw=dASdt)
二、傅立葉級數(Fourier series)與應用:
若函數 f(t)可以被展開為傅立葉級數,則 f(t)需滿足什麼條件?(10 分)
若有一組觀測資料 f(t),總共有 2N 個觀測數據,時間總長度為 T,n
為特徵值,請寫出 f(t)之傅立葉級數。(10 分)
利用之傅立葉級數,針對相同週期之特徵函數(特徵值為 n),其週
期、振幅及相位各為何?(15 分)
代號:
頁次:
2
-
2
三、球面上兩點之間的距離:
若地球半徑 R=6400 公里,在地球面上有 A、B兩點,其經緯度各為 A
(30N, 120E),B(60N, 150E),求在地球面上 A、B兩點之間的距離(請
寫出近似之數值)。(15 分)
提示 1:球面上兩邊夾一角求第三邊公式:
cos(a) = cos(b)cos(c) + sin(b)sin(c)cos(A)
提示 2:三角函數可利用泰勒級數展開得到近似值
四、矩陣 A=󰇣1 2
2 1󰇤。
求A之特徵值(eigenvalues)及特徵向量(eigenvectors)。(10 分)
將A對角線化(diagonalization)。(10 分)
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