Parameterframstilling og banefart for partikkel

Del 2, alle hjelpemidler

Parameterframstilling og banefart for partikkel

Lest inn av KI og ikke kontrollert manuelt enda — kan inneholde feil.

Posisjonsvektoren til en partikkel ved et tidspunkt t er gitt ved

r→(t)=[t3−2t, t2+1],t∈ℝ
Hjelpemiddelkrav: Krever PC

Bruk graftegner til å tegne grafen til r→ for t∈[−2, 2]

Hjelpemiddelkrav: Kalkulator

Bestem fartsvektoren v→(−1) og banefarten |v→(−1)|. Tegn fartsvektoren inn på grafen i det aktuelle punktet.

Hjelpemiddelkrav: Kalkulator

Bruk CAS til å bestemme t slik at banefarten til partikkelen blir 2.

Hjelpemiddelkrav: For hånd

Vis at banefarten til partikkelen har ekstremalverdi i de punktene på kurven der fartsvektoren står normalt på akselerasjonsvektoren.

Fasit

Se graf.

v→(−1)=[1,−2],|v→(−1)|=5≈2,24

t=−223≈−0,94,t=0,t=223≈0,94

Se bevis under.

LøsningsforslagKI-generert

Posisjonsvektoren r→(t)=[t3−2t, t2+1] tegnes som en parameterkurve i graftegner for t∈[−2,2].

Parameterkurve med fartsvektor

Fartsvektoren er den deriverte av posisjonsvektoren:

v→(t)=r→′(t)=[3t2−2, 2t]

For t=−1 gir dette

v→(−1)=[3⋅(−1)2−2, 2⋅(−1)]=[1, −2]

Banefarten er lengden av fartsvektoren:

|v→(−1)|=12+(−2)2=5≈2,24

Punktet på kurven ved t=−1 er r→(−1)=[1,2]. Fartsvektoren v→(−1) er tegnet inn med utgangspunkt i dette punktet på grafen over.

Banefarten som funksjon av t er |v→(t)|=(3t2−2)2+(2t)2. Vi bruker CAS til å løse likningen |v→(t)|=2, altså (3t2−2)2+(2t)2=4, med v1(t)=3t2−2 og v2(t)=2t:

(3t2−2)2+(2t)2=4

CAS-løsning av likningen for banefart 2

CAS gir løsningene t=−223, t=0 og t=223.

t=−223≈−0,94,t=0,t=223≈0,94

Akselerasjonsvektoren er den deriverte av fartsvektoren:

a→(t)=v→′(t)=[6t, 2]

Banefarten |v→(t)| har ekstremalverdi (topp- eller bunnpunkt) i de t-verdiene der den deriverte av |v→(t)| er lik null. Siden |v→(t)|=|v→(t)|2 og |v→(t)|2>0 (partikkelen er alltid i bevegelse siden v→(t)≠0→ for alle t), er den deriverte av |v→(t)| lik null nøyaktig når den deriverte av |v→(t)|2 er lik null.

Vi ser på f(t)=|v→(t)|2=v→(t)⋅v→(t). Ved å derivere produktet (skalarproduktregelen) får vi

f′(t)=v→′(t)⋅v→(t)+v→(t)⋅v→′(t)=2v→(t)⋅a→(t)

Altså er f′(t)=0 nøyaktig når v→(t)⋅a→(t)=0, det vil si når fartsvektoren v→(t) og akselerasjonsvektoren a→(t) står normalt på hverandre (skalarproduktet er null).

Dette stemmer også ved direkte utregning for denne banen: v→(t)⋅a→(t)=(3t2−2)⋅6t+2t⋅2=18t3−8t, mens f(t)=(3t2−2)2+(2t)2=9t4−8t2+4 gir f′(t)=36t3−16t=2(18t3−8t)=2v→(t)⋅a→(t), som bekrefter sammenhengen.

Dermed har banefarten ekstremalverdi nøyaktig i de punktene der fartsvektoren står normalt på akselerasjonsvektoren. ■

Forstå oppgaven med en KI

Du får en ferdig tekst du limer inn i den KI-chatboten du bruker. Teksten inneholder oppgaven og en instruks om at chatboten skal hjelpe deg å tenke selv — stille spørsmål, gi ett hint av gangen og la deg gjøre regningen.

Anbefalt. Chatboten får beskjed om å bruke det til å veilede deg riktig vei — ikke til å røpe svaret. Du kan slå det av hvis du vil være helt sikker på at ingenting lekker.

Hva du bør vite
  • Ingenting sendes herfra. Teksten kopieres bare til utklippstavla på enheten din. Det du limer inn i en chatbot, går til den tjenesten — og de har sine egne regler for hva de lagrer.
  • Ikke lim inn personopplysninger — navn, skole eller noe annet om deg selv eller andre. Oppgaveteksten holder.
  • KI kan ta feil, også i matematikk. Sjekk alltid mot løsningsforslaget her på siden.
  • Er du usikker på om du har lov til å bruke KI på skolearbeidet ditt, spør læreren din først.

Tastatursnarveier

Navigasjon

⌘K / Ctrl+K
Åpne søk
G F
Gå til Fag
G E
Gå til Eksamener
G T
Gå til Temaer
G K
Gå til Kompetansemål
G H
Hjem
?
Vis snarveier

I oppgave

←/→ · J/K
Forrige / neste oppgave
0
Marker som ikke prøvd
1
Marker som prøvd
2
Marker som trenger hjelp
3
Marker som ferdig
S
Vis / skjul løsningsforslag
A
Legg til i liste
N
Skriv notat
Esc
Tilbake / avslutt