Partikkelbane med rasjonal posisjonsvektor og største fart

Del 2, alle hjelpemidler

Partikkelbane med rasjonal posisjonsvektor og største fart

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

Posisjonsvektoren r→ til en partikkel er gitt ved

r→(t)=[1−t2t2+1, t2+2tt2+1],−10≤t≤10

Her er enheten langs aksene meter, og t er målt i sekunder.

Hjelpemiddelkrav: Kalkulator

Tegn grafen til r→.

Hjelpemiddelkrav: Oppsett for hånd

Ved hvilket tidspunkt var farten til partikkelen størst?

Hjelpemiddelkrav: Kalkulator

Ved hvilke tidspunkt beveget partikkelen seg parallelt med x-aksen?

Fasit

Se figur i løsningsforslaget.

Farten var størst ved t≈0,255s, og var da v≈2,28m/s.

t=1−52≈−0,618s og t=1+52≈1,618s

LøsningsforslagKI-generert

Vi tegner grafen til r→(t) ved å bruke Kurve-kommandoen i GeoGebra med parameteren t fra −10 til 10:

r=Kurve(1−t2t2+1, t2+2tt2+1, t, −10, 10)

Grafen til posisjonsvektoren r(t)

Banen er en lukket, dråpeformet kurve som passerer punktet (1,0) (ved t=0) og punktet (−1,1) (ved t→±10, tilnærmet).

Farten til partikkelen er lengden av fartsvektoren r→′(t). Vi deriverer hver komponent med kvotientregelen:

r→′(t)=[−4t(t2+1)2, 2(−t2+t+1)(t2+1)2]

Kvadratet av farten blir da

|r→′(t)|2=(−4t(t2+1)2)2+(2(−t2+t+1)(t2+1)2)2=4(t4−2t3+3t2+2t+1)(t2+1)4

Siden |r→′(t)|2 og |r→′(t)| er størst for samme t-verdi (kvadratrotfunksjonen er voksende), holder det å finne ut når |r→′(t)|2 har sitt største verdi. Vi deriverer |r→′(t)|2 og setter telleren i den deriverte lik null. Dette gir femtegradslikningen

2t5−5t4+7t3+10t2+t−1=0

Denne likningen har ingen pen eksakt løsning, så vi løser den numerisk i CAS:

Numerisk løsning av femtegradslikningen og den eksakte likningen i c)

CAS gir t≈0,2547. Vi kontrollerer at dette faktisk gir et maksimum ved å sammenlikne med farten i endepunktene av definisjonsområdet:

|r→′(−10)|≈0,022m/s,|r→′(10)|≈0,018m/s

Begge er langt mindre enn farten ved t≈0,255, så dette er et indre maksimum. Farten der er

v=|r→′(0,255)|≈2,28m/s

Farten til partikkelen var altså størst ved t≈0,255s, og var da omtrent 2,28m/s.

Partikkelen beveger seg parallelt med x-aksen når fartsvektoren r→′(t) ikke har noen komponent i y-retning, altså når y-komponenten av r→′(t) er null:

2(−t2+t+1)(t2+1)2=0⟺−t2+t+1=0

Vi løser andregradslikningen med abc-formelen (a=−1, b=1, c=1):

t=−1±12−4⋅(−1)⋅12⋅(−1)=−1±5−2=1∓52

Dette gir de to løsningene (se linje 2 i skjermbildet over)

t=1−52≈−0,618sogt=1+52≈1,618s

Begge tidspunktene ligger i definisjonsområdet [−10,10], så begge er gyldige svar. Partikkelen beveget seg altså parallelt med x-aksen ved t≈−0,618s og ved t≈1,618s.

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