Hagebasseng som kjøles ned

Hagebasseng som kjøles ned

Strømmen som holder vannet i et hagebasseng varmt, blir slått av.

Anta at funksjonen TT gitt ved

T(x)=3,5+34,50,87x,x0T(x)=3{,}5+34{,}5\cdot 0{,}87^x,\quad x\ge 0

kan brukes som en modell for temperaturen T(x)°T(x)\degree i vannet xx timer etter at strømmen blir slått av.

Hva er temperaturen i vannet når strømmen blir slått av?

Hvor lang tid vil det ta før temperaturen i vannet er under 20°20\degree?

Bestem stigningstallet til den rette linjen som går gjennom punktene (0,T(0))(0,T(0)) og (4,T(4))(4,T(4)). Gi en praktisk tolkning av svaret.

Undersøk om temperaturen i vannet noen gang vil synke med mer enn 5°5\degree i løpet av en time.

Gi en praktisk tolkning av tallet 3,53{,}5 i modellen.

Fasit

T(0)=38°C\underline{\underline{T(0) = 38 \degree\mathrm{C}}}

Temperaturen er under 20°C20\degree\mathrm{C} etter x5,30 timer\underline{\underline{x \approx 5{,}30 \mathrm{~timer}}} (ca. 5 t 18 min).

a3,68°C per time\underline{\underline{a \approx -3{,}68 \degree\mathrm{C}\text{ per time}}}. Gjennomsnittlig temperaturnedgang er ca. 3,68°C3{,}68\degree\mathrm{C} per time de første 4 timene.

Temperaturen synker aldri mer enn 5°C5\degree\mathrm{C} i løpet av en time. Størst nedgang skjer i første time: T(0)T(1)4,49°C<5°CT(0) - T(1) \approx 4{,}49\degree\mathrm{C} < 5\degree\mathrm{C}.

Tallet 3,53{,}5 er omgivelsestemperaturen (asymptoten) — temperaturen vannet nærmer seg på lang sikt, men aldri kommer under.

LøsningsforslagKI-generert

Vi bruker GeoGebra CAS med T(x)=3,5+34,50,87xT(x) = 3{,}5 + 34{,}5 \cdot 0{,}87^x.

GeoGebra CAS – utregninger

Vi setter inn x=0x = 0:

T(0)=3,5+34,50,870=3,5+34,5=38T(0) = 3{,}5 + 34{,}5 \cdot 0{,}87^0 = 3{,}5 + 34{,}5 = \textbf{38}

Temperaturen i vannet når strømmen blir slått av, er 38°C\underline{\underline{38\degree\mathrm{C}}}.

Vi løser ulikheten T(x)<20T(x) < 20 i CAS:

Løs(T(x)=20,x)x5,2965\texttt{Løs}(T(x) = 20,\, x) \quad \Rightarrow \quad x \approx 5{,}2965

Altså gjelder T(x)<20T(x) < 20 for x>5,30x > 5{,}30.

Temperaturen er under 20°C20\degree\mathrm{C} etter ca. 5,30 timer\underline{\underline{5{,}30 \mathrm{~timer}}} (omtrent 5 timer og 18 minutter).

Stigningstallet til linjen gjennom (0,T(0))(0,\, T(0)) og (4,T(4))(4,\, T(4)) er

a=T(4)T(0)40a = \frac{T(4) - T(0)}{4 - 0}

CAS gir T(4)23,265T(4) \approx 23{,}265 og T(0)=38T(0) = 38, så

a=23,2653843,68a = \frac{23{,}265 - 38}{4} \approx \textcolor{seagreen}{-3{,}68}

Stigningstallet er a3,68°C per time\underline{\underline{a \approx -3{,}68 \degree\mathrm{C}\text{ per time}}}.

Praktisk tolkning: I gjennomsnitt synker temperaturen i bassenget med ca. 3,68°C3{,}68\degree\mathrm{C} per time de første 4 timene etter at strømmen slås av.

Temperaturnedgangen i løpet av time nummer xx til x+1x+1 er T(x)T(x+1)T(x) - T(x+1).

Siden TT er en avtagende eksponentialfunksjon, er nedgangen størst i begynnelsen og avtar for hver time. Det er altså tilstrekkelig å sjekke den første timen:

T(0)T(1)=3833,5154,49°CT(0) - T(1) = 38 - 33{,}515 \approx \textcolor{tomato}{4{,}49} \degree\mathrm{C}

CAS bekrefter T(0)T(1)4,485<5T(0) - T(1) \approx 4{,}485 < 5.

Temperaturen synker aldri med mer enn 5°C5\degree\mathrm{C} i løpet av en time. Den største nedgangen er ca. 4,49°C4{,}49\degree\mathrm{C}, og den skjer i den første timen.

Funksjonen T(x)=3,5+34,50,87xT(x) = 3{,}5 + 34{,}5 \cdot 0{,}87^x har horisontal asymptote y=3,5y = 3{,}5, siden 0,87x00{,}87^x \to 0 når xx \to \infty.

Tallet 3,53{,}5 er omgivelsestemperaturen — den temperaturen vannet vil nærme seg på lang sikt (men aldri gå under). Dette tilsvarer lufttemperaturen rundt bassenget, som er den naturlige likevektstemperaturen.

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 klart
S
Vis / skjul løsningsforslag
A
Legg til i liste
Esc
Tilbake / avslutt