Partikkel med lavest banefart de første fem sekundene

Del 2, alle hjelpemidler

Partikkel med lavest banefart de første fem sekundene

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

Posisjonen r→ til en partikkel ved et tidspunkt t (målt i sekunder) er gitt ved

r→(t)=[t2−7t+11, t3−6t2+8t−1],0≤t≤5
Hjelpemiddelkrav: Kalkulator

Tegn grafen til r→ i et koordinatsystem.

Hjelpemiddelkrav: Kalkulator

Bestem banefarten til partikkelen etter 1 sekund.

Hjelpemiddelkrav: Oppsett for hånd

Ved hvilket tidspunkt er banefarten lavest i løpet av de 5 sekundene?

Fasit

Se graf i løsningsforslaget.

|v→(1)|=26≈5,10

Banefarten er lavest ved t≈3,18s, med banefart ≈0,66

LøsningsforslagKI-generert

Vi skal tegne banekurven til partikkelen, altså punktene (x(t),y(t)) for t∈[0,5], der

r→(t)=[t2−7t+11,t3−6t2+8t−1]

I GeoGebra bruker vi kommandoen Kurve (Curve) med parameteren t fra 0 til 5:

kurve1=Kurve(t2−7t+11,t3−6t2+8t−1,t,0,5)

Banekurven til partikkelen for t \in [0,5]

Kurven starter i punktet (11,−1) ved t=0, svinger nedover og til venstre til et bunnpunkt nær (−1,1,−4,1), før den snur brått oppover og ender i punktet (1,14) ved t=5.

Vi finner farten til partikkelen ved å derivere posisjonsvektoren r→(t) ledd for ledd. Dette gir hastighetsvektoren

r→′(t)=[2t−7,3t2−12t+8]

Ved t=1 setter vi inn og får

r→′(1)=[2⋅1−7,3⋅12−12⋅1+8]=[−5,−1]

Banefarten er lengden til denne vektoren:

|r→′(1)|=(−5)2+(−1)2=25+1=26≈5,10

Banefarten etter 1 sekund er 26≈5,10 lengdeenheter per sekund.

Banefarten er |r→′(t)|. Siden kvadratrotfunksjonen er voksende, gir |r→′(t)| minst verdi der |r→′(t)|2 er minst. Vi kvadrerer derfor komponentene i r→′(t) og legger sammen:

|r→′(t)|2=(2t−7)2+(3t2−12t+8)2=9t4−72t3+196t2−220t+113

For å finne minimum deriverer vi dette uttrykket og setter den deriverte lik null:

ddt(|r→′(t)|2)=36t3−216t2+392t−220=0

Dette er et tredjegradsuttrykk uten pene eksakte røtter, så vi løser numerisk med NLøs i CAS.

CAS-utregning: derivasjon og numerisk løsning av tredjegradslikningen

Vi finner tre løsninger i intervallet [0,5]:

t≈1,153,t=53≈1,667,t≈3,180

Vi setter inn hvert av disse tidspunktene, samt endepunktene t=0 og t=5, i |r→′(t)| for å sammenligne banefarten:

t0≈1,1535/3≈1,667≈3,1805
|r→′(t)|≈10,63≈5,04≈5,19 (lokalt maks)≈0,66≈23,19

Tabellen viser at t≈1,153 og t≈3,180 er lokale minimumspunkter, mens t=5/3 er et lokalt maksimumspunkt mellom dem. Endepunktene gir mye høyere banefart enn noen av de indre punktene. Den laveste banefarten i hele intervallet finner vi altså ved t≈3,180≈3,18, med verdi

|r→′(3,18)|≈0,66

Banefarten er lavest etter t≈3,18s, og banefarten er da ≈0,66 lengdeenheter per sekund.

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