Fritidsbåt bremset av vann og differensiallikning

Del 2, alle hjelpemidler

Fritidsbåt bremset av vann og differensiallikning

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

Fritidsbåt kjører fort på sjøen

En rask fritidsbåt kjører med farten 25 m/s da motoren plutselig stanser. Båten bremses ned i vannet, og x sekunder etter motorstansen er farten y m/s, og akselerasjonen er y′ m/s2.

I denne situasjonen gjelder differensiallikningen

y′=k⋅y2,k<0
Hjelpemiddelkrav: For hånd

Med det samme motoren stanser, er akselerasjonen −12 m/s2. Bestem konstanten k.

Vis at den generelle løsningen av differensiallikningen er

y=10,02x+C

der C er en konstant.

Hjelpemiddelkrav: Kalkulator

Bestem konstanten C og farten til båten 3 s etter motorstansen.

Strekningen båten forflytter seg, er s(x) meter etter motorstansen. Da gjelder:

s′=y
Hjelpemiddelkrav: Kalkulator

Bestem hvor langt båten forflytter seg i løpet av de tre første sekundene etter motorstansen.

Fasit

k=−0,0192, generell løsning vist

C=0,04, y(3)=10m/s

s≈45,8m

LøsningsforslagKI-generert

Ved motorstansen (x=0) er farten y=25m/s og akselerasjonen y′=−12m/s2. Vi setter dette inn i differensiallikningen y′=k⋅y2:

−12=k⋅252=625k
k=−12625=−0,0192

For å finne den generelle løsningen separerer vi variablene i y′=k⋅y2:

dyy2=kdx

Vi integrerer på begge sider:

∫y−2dy=∫kdx
−1y=kx+D

Vi løser for y, og setter C=−D:

1y=−kx−D=−kx+C
y=1−kx+C

Siden −k=0,0192≈0,02, får vi

y=10,02x+C

som er den generelle løsningen av differensiallikningen.

Ved x=0 s er farten y=25m/s. Vi setter inn i den generelle løsningen for å finne C:

25=10,02⋅0+C=1C
C=125=0,04

Fartsfunksjonen er dermed

y(x)=10,02x+0,04

Farten 3s etter motorstansen finner vi ved å sette x=3:

y(3)=10,02⋅3+0,04=10,10=10

Sjekket med GeoGebra CAS, se skjermbilde under (linje 1-4): k=−0,0192, C=0,04 og fart(3)=10.

Fritidsbåt bremset av vann - CAS

Farten til båten 3s etter motorstansen er y(3)=10m/s.

Strekningen båten forflytter seg i løpet av de tre første sekundene, finner vi ved å integrere fartsfunksjonen fra x=0 til x=3:

s=∫03y(x)dx=∫0310,02x+0,04dx

Med antiderivert 10,02ln⁡|0,02x+0,04|=50ln⁡(0,02x+0,04) får vi

s=[50ln⁡(0,02x+0,04)]03=50ln⁡(0,10)−50ln⁡(0,04)=50ln⁡(2,5)

Dette er beregnet direkte i GeoGebra CAS (linje 5 i skjermbildet over): s3≈45,81454.

Båten forflytter seg dermed s≈45,8m i løpet av de tre første sekundene etter motorstansen.

Sensorveiledning

Oppgaven gir til sammen 6 poeng

2 poeng

Korrekt fastsettelse av k uten benevning gir full uttelling.
Kandidatene må vise en eksaktverdi av k før de tilnærmer til −0,02.

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