Parameterkrommen > Beweging in het vlak
12345Beweging in het vlak

Antwoorden van de opgaven

Opgave V1

Nou dat gaat nog niet zo eenvoudig. Het gemakkelijkste lukt dit met twee formules: een formule voor `x` als functie van de tijd `t` gecombineerd met een formule voor `y` als functie van de tijd `t` .
Zie de Uitleg .

Opgave 1
a

Omdat de tijd t precies gelijk op loopt met de grootte van de draaihoek in radialen. Je neemt dan aan dat t = 0 als P het punt `(4, 0)` is. De straal van de cirkel is nu `4` , dus `x_P = 4 cos(t)` en `y_P = 4 sin(t)` .

b

Dan is `P(text(-)4, 0)` .

c

De hoeksnelheid is de snelheid waarmee vector `vec(OP)` draait in rad/s en de baansnelheid is de werkelijke snelheid van het punt in cm/s.

d

De hoeksnelheid is dan `(2pi)/10` rad/s en de baansnelheid is `(8pi)/10` cm/s.

Opgave 2
a

`P(x(t), y(t)) = (6 cos((2pi)/15 * t), 6 sin((2pi)/15 * t))`

b

De hoeksnelheid is `(2pi)/15` rad/s en de baansnelheid is `(12pi)/15` m/s.

Opgave 3
a

`P(x(t), y(t)) = (1 + 6 cos((2pi)/15 * t), 2 + 6 sin((2pi)/15 * t))`

b

Omdat `P` eigenlijk niet om `O` draait, maar om `M` , en deze punten niet samenvallen.

b

Ja, `P` legt `(12π)/15` m/s af.

Opgave 4
a

Venster bijvoorbeeld `[text(-)6, 8] xx [text(-)5, 9]` en `t` in `[0, 15]` . Denk om radialen!

b

Omdat punt `P` in `15` seconden de hele kromme doorloopt en daarna dit kunstje alleen maar herhaalt.

c

Dan komt er maar een deel van een cirkel uit.

d

Je krijgt dan een regelmatige vijftienhoek. Maar in feite klopt dat niet, alleen de hoekpunten zijn deel van de kromme, de verbindingslijnen horen niet te worden getekend.

Opgave 5
a

`(x - 3)^2 + (y - 2)^2 = (5sin((2π)/10 * t))^2 + (5cos((2π)/10 * t))^2 = ` `25 (sin^2((2pi)/10 * t) + cos^2((2pi)/10 * t)) = 25` . En dus is de lengte van `vec(MP)` altijd `sqrt(25) = 5` eenheden.
De punten van de kromme voldoen aan `(x - 3)^2 + (y - 2)^2 = 25` .

b

Ja, je krijgt dezelfde kromme, maar hij wordt anders doorlopen. Bijvoorbeeld hoort bij `t = 0` nu een ander punt van de kromme.

Opgave 6
a

Eigen antwoord.

b

Venster bijvoorbeeld `[text(-)5, 5] xx [0, 10]` .

c

Algebraïsch: `y = 5,5 + 4 sin((2pi)/30 * t) = 7,5` geeft `sin((2pi)/30 * t) = 0,5` .
Dit geeft `(pi)/15 * t = 1/6 pi + k * 2pi vv (pi)/15 * t = 5/6 pi + k * 2pi` en dus `t = 2,5 + k * 30 vv t = 12,5 + k * 30` .

d

De baansnelheid is `(8pi)/30 ~~ 0,838` m/s en dat is ongeveer `3,016` km/h.

e

Pas de stelling van Pythagoras toe en laat zien dat: `x^2 + (y - 5,5)^2 = 16` .

Opgave 7
a

Bekijk de kromme die op je GR ontstaat. Op `t = 0` zit het bakje in `(0; 9,5)` .

b

Bijvoorbeeld `(x, y) = (4 sin((2pi)/30 * t); 5,5 - 4 cos((2pi)/30 * t))` .

Opgave 8
a

Neem als venster `[text(-)7, 7] xx [text(-)5, 5]` en voor `t` het interval `(: 0, 2pi]` .

b

In het punt `(0, 2)` . Je vindt deze coördinaten door `t = 1/2 pi` in te vullen in beide formules.

c

Op `t ~~ 1,05 vv t ~~ 1,57 vv t ~~ 2,09 t ~~ 4,19 vv t ~~ 4,71 vv t ~~ 5,24` .

d

In `(6, 0)` en in `(text(-)6, 0)` beweeg je het snelst.

Opgave 9
a

`(x, y) = (4 cos(t) + 2 cos(2t), 4 sin(t) + 2 sin(2t))`

b

Neem als venster `[text(-)7, 7] xx [text(-)6, 6]` en voor `t` het interval `(: 0, 2pi]` .

Je vindt `t ~~ 1,19 vv t ~~ 5,09` en als bijbehorende punten `(0; 5,09)` en `(0; text(-)5,09)` .

c

`x = 4 cos(t) + 2 cos(2t) = 0` geeft `4 cos(t) + 2(2 cos^2(t) - 1) = 0` en dus `4 cos^2(t) + 4 cos(t) - 2 = 0` . Dit kun je oplossen met de abc-formule en de juiste `t` -waarden benaderen. Die moet je dan nog invullen in de parametervoorstelling.

d

De straal van de tweede cirkel (waarvan het middelpunt de eerste cirkel doorloopt) wordt nu `3` m. De kromme krijgt daardoor een lus.

e

Als `r = 4` , dan zijn de stralen van beide cirkels gelijk.

Opgave 10
a

`(x, y) = (4 cos(t) + 2 cos(3t), 4 sin(t) - 2 sin(3t))` , omdat `cos(text(-)3t) = cos(3t)` en `sin(text(-)3t) = text(-) sin(3t)` .

b

Neem nu als venster `[text(-)8, 8] xx [text(-)8, 8]` .

c

Als `P` de plaats van het bakje is, is `OP^2 = (4 cos(t) + 2 cos(3t))^2 + (4 sin(t) - 2 sin(3t))^2 = 20 + 16 cos(4t)` . Deze uitdrukking is maximaal als `cos(4t) = 1` , dus als `4t = k * 2pi` , ofwel `t = k * 1/2 pi` . Als deze uitdrukking maximaal is, is het punt `sqrt(36) = 6` m van `O` verwijderd.

d

Eigen antwoorden.

Opgave 11
a

Venster bijvoorbeeld `[7, 13] xx [2, 8]` en neem `0 le t le pi` .

b

Deze staat op coördinaten `(10, 5)` .

c

De amplitude is in beide richtingen `2` . Dit is de lengte van het touw.

d

De grootte van de hoeksnelheid is constant en dus die van de baansnelheid ook.

e

De baan van het steentje is `4pi` m en de periode is `(2pi)/4 = 0,5pi` s. De snelheid is dus `8` m/s. Het steentje draait met de wijzers van de klok mee, dus rechtsom.

f

De richting van de snelheid verandert voortdurend, anders blijft de steen niet in de beschreven baan.

g

Omdat `sin(4t) = (x - 10)/2` en `cos(4t) = (y - 5)/2` en `sin^2(4t) + cos^2(4t) = 1` geldt `(x - 10)^2 + (y - 5)^2 = 4` .

Opgave 12
a

Uit de amplitudes van beide sinusoïden lees je af dat een geschikt venster bijvoorbeeld is `[text(-)8, 8]xx[text(-)4, 4]` of iets groter.

b

De amplitudes zijn in beide richtingen verschillend.

c

`vec(OP)` draait met een vaste snelheid van `2pi` rad/s. Rond de `y` -as legt `P` grotere lengtes per bijvoorbeeld honderdste seconde af dan rond de `x` -as.

d

`4 sin(t) = 1` geeft `sin(t) = 0,25` en dus `t ~~ 0,253 + k * 2pi vv t ~~ 2,889 + k * 2pi` .
Dus de punten zijn `(+-7,75; 1)` .

e

`(8 cos(t))^2 + (4 sin(t))^2 = 36` geeft `64 - 48 sin^2(t) = 36` , dus `sin^2(t) = 7/12` en `sin(t) ~~ +-0,764` .
Dit geeft `t ~~ +- 0,869 + k * 2pi vv t ~~ +-2,272 + k * 2pi` en .
En hieruit vind je `(5,16; 3,06)` , `(text(-)5,16; 3,06)` , `(5,16; text(-)3,06)` en `(text(-)5,16; text(-)3,06)` .

Opgave 13
a

Je kunt de baan beschrijven door x ( t ) = 3 + 5 cos ( 2 t ) en y ( t ) = 4 + 5 sin ( 2 t ) .
Maar ook door x ( t ) = 3 + 5 sin ( 2 t ) en y ( t ) = 4 + 5 cos ( 2 t ) .

b

Er geldt `cos(2t) = (x - 3)/5` en `sin(2t) = (y - 4)/5` en `sin^2(2t) + cos^2(2t) = 1` .
Dit geeft `(x - 3)^2 + (y - 4)^2 = 25` .

Opgave 14
a

Eenparige cirkelbeweging met positieve draairichting en startpunt `(8, 6)` .

b

Geen eenparige cirkelbeweging, positieve draairichting en startpunt `(4, 0)` .

c

Geen eenparige cirkelbeweging, positieve draairichting en startpunt `(4, 0)` .

d

Eenparige cirkelbeweging met negatieve draairichting en startpunt `(6, 2)` .

Opgave 15
a

Neem venster `[text(-)1, 1]xx[text(-)1, 1]` .

De figuur is eigenlijk niet correct, er horen afzonderlijke punten te worden getekend, de verbindingslijnen zijn in feite geen deel van de kromme.

b

Nee, twee opeenvolgende punten komen steeds verder uit elkaar te liggen.

c

Er geldt steeds x 2 + y 2 = cos 2 ( t 2 ) + sin 2 ( t 2 ) = 1 . De straal van de cirkel is dus 1.

Opgave 16Banen van hemellichamen
Banen van hemellichamen
a

Dan is de amplitude in `x` - en `y` -richting gelijk en beschrijft de baan een cirkel.

b

Er geldt:
`x^2 = a^2 cos^2(t)` en `y^2 = b^2 sin^2(t)`
Substitutie in de vergelijking van de ellips geeft:

`(x^2)/(a^2) + (y^2)/(b^2)` `=` `(a^2cos^2(t))/(a^2) + (b^2sin^2(t))/(b^2)`
` ` `=` `cos^2(t) + sin^2(t)`
` ` `=` `1`
c

Teken een cirkel met straal `a` , een cirkel met straal `b` en een vector met draaihoek `t` . Punt `P` wordt bepaald door `x_P = a cos(t)` en `y_P = b sin(t)` . Echter, de vector `vec(OP)` heeft duidelijk niet draaihoek `t` .

Opgave 17The London Eye
The London Eye
a

Omdat een reuzenrad in het algemeen gelijkmatig beweegt, de hoeksnelheid van `vec(MP)` zal constant zijn.

b

( x , y ) = ( 67,5 sin ( 2 π 30 t ) ; 67,5 - 67,5 cos ( 2 π 30 t ) )

c

De hoeksnelheid van `vec(MP)` is `(2pi)/30 = 1/15 pi` rad/minuut.
De baansnelheid is `(135pi)/30 = 4,5` m/minuut en dat is `2,7` km/uur.

d

67,5 - 67,5 cos ( 2 π 30 t ) = 120 geeft cos ( 2 π 30 t ) = - 7 9 .
Hieruit volgt t ± 11,75 + k 30 .
Binnen één ronde zit je daarom ongeveer 18,25 - 11,75 = 6,5 minuut boven de 120 m.

Opgave 18
a

In `(1, 6)` .

b

Laat `P` lopen vanaf bijvoorbeeld `t = 0` tot `t = 2` met een voldoend kleine stapgrootte.

c

De hoeksnelheid van `vec(OP)` is `(2pi)/2 = pi` rad/s.
De baansnelheid is `2 pi` m/s.

d

De richting van de snelheid verandert voortdurend.

e

De bijbehorende punten zijn `(0, 4 +- sqrt3)` .

f

`(1 + sqrt(0,8), 2 + 2 sqrt(0,8))` en `(1 - sqrt(0,8), 2 - 2 sqrt(0,8))` .

verder | terug