Tilbake
6.2
Derivasjon av vektorfunksjoner

6.2 Derivasjon av vektorfunksjoner

Derivere kurver gitt ved parameterframstilling.

55 min
41 oppgaver
VektorfunksjonDerivasjonTangentvektor
Du leser den tradisjonelle versjonen
Din fremgang i kapitlet
0 / 41 oppgaver

Frå statiske kurver til rørsle

I førre kapittel lærte vi om parameterframstilling av kurver. No skal vi sjå på korleis vi kan derivere vektorfunksjonar for å skildre rørsle langs ei kurve.

Når vi deriverer ein vektorfunksjon, får vi informasjon om:
- Retninga kurva rører seg i (tangentvektor)
- Hastigheita til eit objekt som rører seg langs kurva
- Farten (kor raskt objektet rører seg)
- Buelengda (kor langt kurva strekkjer seg)

Dette har mange praktiske bruksområde:
- Rekne ut banen til ein ball kasta gjennom lufta
- Finne hastigheita til ein bil i ein sving
- Bestemme lengda av ein sti eller veg
- Animasjon og rørsle i dataspel

Vektorfunksjonar

Ein vektorfunksjon (eller banekurve) skildrar ei kurve i planet ved hjelp av ein parameter tt.

Vektorfunksjon
Ein vektorfunksjon i planet er ein funksjon

r(t)=(x(t)y(t))\vec{r}(t) = \begin{pmatrix} x(t) \\ y(t) \end{pmatrix}

der x(t)x(t) og y(t)y(t) er reelle funksjonar av parameteren tt.

Vi kan òg skrive dette som r(t)=(x(t),y(t))\vec{r}(t) = (x(t), y(t)) eller r(t)=x(t)i+y(t)j\vec{r}(t) = x(t)\vec{i} + y(t)\vec{j}.

Parameteren tt representerer ofte tid, men kan òg vere kva for ein annan variabel som helst.

✏️Eksempel 1: Sirkel som vektorfunksjon

Skildre sirkelen med radius 3 og sentrum i origo som ein vektorfunksjon.

Løysing:

Vi bruker parameterframstillinga for ein sirkel:

r(t)=(3cost3sint),t[0,2π]\vec{r}(t) = \begin{pmatrix} 3\cos t \\ 3\sin t \end{pmatrix}, \quad t \in [0, 2\pi]

Her er:
- x(t)=3costx(t) = 3\cos t
- y(t)=3sinty(t) = 3\sin t

Når tt går frå 00 til 2π2\pi, rører vi oss éin gong rundt sirkelen mot klokka.

Kontroll: x2+y2=9cos2t+9sin2t=9(cos2t+sin2t)=9x^2 + y^2 = 9\cos^2 t + 9\sin^2 t = 9(\cos^2 t + \sin^2 t) = 9 \checkmark

✏️Eksempel 2: Rettlinja rørsle

Ein partikkel startar i punktet (1,2)(1, 2) og rører seg med konstant hastigheit i retning v=(3,4)\vec{v} = (3, 4). Skriv opp vektorfunksjonen for banen til partikkelen.

Løysing:

Startpunktet er (1,2)(1, 2), og partikkelen rører seg langs retningsvektoren (3,4)(3, 4).

Vektorfunksjonen blir:

r(t)=(12)+t(34)=(1+3t2+4t)\vec{r}(t) = \begin{pmatrix} 1 \\ 2 \end{pmatrix} + t \begin{pmatrix} 3 \\ 4 \end{pmatrix} = \begin{pmatrix} 1 + 3t \\ 2 + 4t \end{pmatrix}

Her er:
- x(t)=1+3tx(t) = 1 + 3t
- y(t)=2+4ty(t) = 2 + 4t

Når t=0t = 0, er partikkelen i (1,2)(1, 2).
Når t=1t = 1, er partikkelen i (4,6)(4, 6).
Når t=2t = 2, er partikkelen i (7,10)(7, 10).

Partikkelen rører seg langs ei rett linje.

Derivasjon av vektorfunksjonar

For å derivere ein vektorfunksjon, deriverer vi ganske enkelt kvar komponent for seg.

Den deriverte av ein vektorfunksjon
Lat r(t)=(x(t),y(t))\vec{r}(t) = (x(t), y(t)) vere ein vektorfunksjon der x(t)x(t) og y(t)y(t) er deriverbare.

Den deriverte av r(t)\vec{r}(t) er:

r(t)=(x(t)y(t))\vec{r}'(t) = \begin{pmatrix} x'(t) \\ y'(t) \end{pmatrix}

Vi deriverer altså kvar komponent for seg med omsyn på tt.

✏️Eksempel 3: Derivere ein vektorfunksjon

Finn r(t)\vec{r}'(t) når r(t)=(t2,t32t)\vec{r}(t) = (t^2, t^3 - 2t).

Løysing:

Vi deriverer kvar komponent for seg:

x(t)=t2x(t)=2tx(t) = t^2 \quad \Rightarrow \quad x'(t) = 2t

y(t)=t32ty(t)=3t22y(t) = t^3 - 2t \quad \Rightarrow \quad y'(t) = 3t^2 - 2

Dermed er:

r(t)=(2t3t22)\vec{r}'(t) = \begin{pmatrix} 2t \\ 3t^2 - 2 \end{pmatrix}

✏️Eksempel 4: Derivere trigonometrisk vektorfunksjon

Lat r(t)=(3cost,3sint)\vec{r}(t) = (3\cos t, 3\sin t) vere parameterframstillinga for ein sirkel. Finn r(t)\vec{r}'(t).

Løysing:

Vi deriverer kvar komponent:

x(t)=3costx(t)=3sintx(t) = 3\cos t \quad \Rightarrow \quad x'(t) = -3\sin t

y(t)=3sinty(t)=3costy(t) = 3\sin t \quad \Rightarrow \quad y'(t) = 3\cos t

Dermed er:

r(t)=(3sint3cost)\vec{r}'(t) = \begin{pmatrix} -3\sin t \\ 3\cos t \end{pmatrix}

Tangentvektoren

Den deriverte r(t)\vec{r}'(t) har ei viktig geometrisk tyding: han er ein tangentvektor til kurva.

Tangentvektor
Lat r(t)\vec{r}(t) vere ein vektorfunksjon. Den deriverte r(t)\vec{r}'(t) er ein tangentvektor til kurva i punktet r(t)\vec{r}(t).

Tangentvektoren peikar i den retninga kurva rører seg når tt aukar.

Viss r(t)0\vec{r}'(t) \neq \vec{0}, kan vi finne einingstangentvektoren:

T^(t)=r(t)r(t)\hat{T}(t) = \frac{\vec{r}'(t)}{|\vec{r}'(t)|}

✏️Eksempel 5: Tangentvektor til sirkel

For sirkelen r(t)=(3cost,3sint)\vec{r}(t) = (3\cos t, 3\sin t), finn tangentvektoren for t=π2\displaystyle t = \frac{\pi}{2} og vis at han står vinkelrett på posisjonsvektoren.

Løysing:

Frå eksempel 4 har vi r(t)=(3sint,3cost)\vec{r}'(t) = (-3\sin t, 3\cos t).

For t=π2\displaystyle t = \frac{\pi}{2}:

r(π2)=(3cosπ2,3sinπ2)=(0,3)\vec{r}\left(\frac{\pi}{2}\right) = \left(3\cos\frac{\pi}{2}, 3\sin\frac{\pi}{2}\right) = (0, 3)

r(π2)=(3sinπ2,3cosπ2)=(3,0)\vec{r}'\left(\frac{\pi}{2}\right) = \left(-3\sin\frac{\pi}{2}, 3\cos\frac{\pi}{2}\right) = (-3, 0)

Tangentvektoren i punktet (0,3)(0, 3) er (3,0)(-3, 0), som peikar i negativ xx-retning.

Sjekk ortogonalitet:

r(π2)r(π2)=(0,3)(3,0)=0(3)+30=0\vec{r}\left(\frac{\pi}{2}\right) \cdot \vec{r}'\left(\frac{\pi}{2}\right) = (0, 3) \cdot (-3, 0) = 0 \cdot (-3) + 3 \cdot 0 = 0

Sidan skalarproduktet er null, står vektorane vinkelrett på kvarandre. Dette gir meining fordi tangentvektoren til ein sirkel alltid er vinkelrett på radiusvektoren.

✏️Eksempel 6: Tangentlinje til parabel

Ei kurve er gitt ved r(t)=(t,t2)\vec{r}(t) = (t, t^2). Finn likninga for tangentlinja i punktet der t=2t = 2.

Løysing:

Punktet på kurva:
r(2)=(2,4)\vec{r}(2) = (2, 4)

Tangentvektoren:
r(t)=(1,2t)\vec{r}'(t) = (1, 2t)
r(2)=(1,4)\vec{r}'(2) = (1, 4)

Tangentlinja går gjennom (2,4)(2, 4) med retningsvektor (1,4)(1, 4):

(s)=(2,4)+s(1,4)=(2+s,4+4s)\vec{\ell}(s) = (2, 4) + s(1, 4) = (2 + s, 4 + 4s)

På kartesisk form: Stigingstalet er 41=4\displaystyle \frac{4}{1} = 4.

y4=4(x2)y - 4 = 4(x - 2)
y=4x4y = 4x - 4

Normalvektoren

Normalvektoren står vinkelrett på tangentvektoren og peikar mot "innsida" av kurva.

Normalvektor
Viss tangentvektoren er r(t)=(a,b)\vec{r}'(t) = (a, b), er normalvektoren:

n(t)=(b,a)ellern(t)=(b,a)\vec{n}(t) = (-b, a) \quad \text{eller} \quad \vec{n}(t) = (b, -a)

Begge desse står vinkelrett på tangentvektoren. Den fyrste er rotert 90°90° mot klokka, den andre 90°90° med klokka.

Einingsnormalvektoren er:

N^(t)=n(t)n(t)\hat{N}(t) = \frac{\vec{n}(t)}{|\vec{n}(t)|}

✏️Eksempel 7: Tangent- og normalvektor

For kurva r(t)=(t2,t3)\vec{r}(t) = (t^2, t^3), finn tangent- og normalvektoren i punktet der t=1t = 1.

Løysing:

Punktet:
r(1)=(1,1)\vec{r}(1) = (1, 1)

Tangentvektoren:
r(t)=(2t,3t2)\vec{r}'(t) = (2t, 3t^2)
r(1)=(2,3)\vec{r}'(1) = (2, 3)

Normalvektoren (rotert 90°90° mot klokka):
n(1)=(3,2)\vec{n}(1) = (-3, 2)

Kontroll: (2,3)(3,2)=6+6=0(2, 3) \cdot (-3, 2) = -6 + 6 = 0 \checkmark

Hastigheitsvektoren

Når parameteren tt representerer tid, får tangentvektoren ei fysisk tolking som hastigheitsvektor.

Hastigheitsvektor
Lat r(t)\vec{r}(t) skildre posisjonen til ein partikkel ved tid tt.

Hastigheitsvektoren er den deriverte av posisjonsvektoren:

v(t)=r(t)=(x(t)y(t))\vec{v}(t) = \vec{r}'(t) = \begin{pmatrix} x'(t) \\ y'(t) \end{pmatrix}

Hastigheitsvektoren angir:
- Retninga partikkelen rører seg
- Farten (via lengda v(t)|\vec{v}(t)|)

✏️Eksempel 8: Hastigheitsvektor for kast

Ein ball blir kasta frå bakken med starthastigheit 2020 m/s i ein vinkel på 60°60° med horisontalplanet. Finn hastigheitsvektoren som funksjon av tid. (Bruk g=10g = 10 m/s².)

Løysing:

Starthastigheit:
- Horisontal komponent: v0x=20cos60°=10v_{0x} = 20 \cos 60° = 10 m/s
- Vertikal komponent: v0y=20sin60°=103v_{0y} = 20 \sin 60° = 10\sqrt{3} m/s

Posisjonsvektoren:
r(t)=(10t103t5t2)\vec{r}(t) = \begin{pmatrix} 10t \\ 10\sqrt{3}t - 5t^2 \end{pmatrix}

Hastigheitsvektoren:
v(t)=r(t)=(1010310t)\vec{v}(t) = \vec{r}'(t) = \begin{pmatrix} 10 \\ 10\sqrt{3} - 10t \end{pmatrix}

For t=0t = 0: v(0)=(10,103)\vec{v}(0) = (10, 10\sqrt{3}) (starthastigheita)

For t=3t = \sqrt{3}: v(3)=(10,0)\vec{v}(\sqrt{3}) = (10, 0) (toppunktet, berre horisontal rørsle)

Fart

Fart er lengda av hastigheitsvektoren. Medan hastigheit er ein vektor med retning, er fart eit tal som berre angir kor raskt objektet rører seg.

Fart
Farten v(t)v(t) til ein partikkel med posisjon r(t)\vec{r}(t) er lengda av hastigheitsvektoren:

v(t)=r(t)=(x(t))2+(y(t))2v(t) = |\vec{r}'(t)| = \sqrt{(x'(t))^2 + (y'(t))^2}

Farten er alltid positiv (eller null).

✏️Eksempel 9: Fart langs ein sirkel

Ein partikkel rører seg langs sirkelen r(t)=(3cost,3sint)\vec{r}(t) = (3\cos t, 3\sin t). Finn farten.

Løysing:

Hastigheitsvektoren:
r(t)=(3sint,3cost)\vec{r}'(t) = (-3\sin t, 3\cos t)

Farten:
v(t)=r(t)=(3sint)2+(3cost)2v(t) = |\vec{r}'(t)| = \sqrt{(-3\sin t)^2 + (3\cos t)^2}
=9sin2t+9cos2t= \sqrt{9\sin^2 t + 9\cos^2 t}
=9(sin2t+cos2t)= \sqrt{9(\sin^2 t + \cos^2 t)}
=9=3= \sqrt{9} = 3

Farten er konstant lik 3 for alle tt. Dette er typisk for rørsle langs ein sirkel med konstant vinkelhastigheit.

✏️Eksempel 10: Fart langs ein parabel

Ein partikkel rører seg langs kurva r(t)=(t,t2)\vec{r}(t) = (t, t^2) for t0t \geq 0. Finn farten som funksjon av tt og bestem farten når t=2t = 2.

Løysing:

Hastigheitsvektoren:
r(t)=(1,2t)\vec{r}'(t) = (1, 2t)

Farten:
v(t)=r(t)=12+(2t)2=1+4t2v(t) = |\vec{r}'(t)| = \sqrt{1^2 + (2t)^2} = \sqrt{1 + 4t^2}

For t=2t = 2:
v(2)=1+44=174,12v(2) = \sqrt{1 + 4 \cdot 4} = \sqrt{17} \approx 4{,}12

Merk at farten aukar med tt. Når t=0t = 0 er farten v(0)=1v(0) = 1, og når tt aukar, aukar òg farten.

Buelengd

Buelengda er den totale lengda av ei kurve mellom to punkt. For å finne buelengda integrerer vi farten.

Buelengd
Lat r(t)=(x(t),y(t))\vec{r}(t) = (x(t), y(t)) vere ei kurve for t[a,b]t \in [a, b].

Buelengda LL av kurva frå t=at = a til t=bt = b er:

L=abr(t)dt=ab(x(t))2+(y(t))2dtL = \int_a^b |\vec{r}'(t)|\, dt = \int_a^b \sqrt{(x'(t))^2 + (y'(t))^2}\, dt

Dette er det same som å integrere farten over tid.

✏️Eksempel 11: Buelengd av sirkel

Finn omkrinsen av sirkelen r(t)=(3cost,3sint)\vec{r}(t) = (3\cos t, 3\sin t) for t[0,2π]t \in [0, 2\pi].

Løysing:

Frå eksempel 9 veit vi at farten er konstant lik 3.

Buelengda:
L=02πr(t)dt=02π3dt=3t02π=32π0=6πL = \int_0^{2\pi} |\vec{r}'(t)|\, dt = \int_0^{2\pi} 3\, dt = 3t \Big|_0^{2\pi} = 3 \cdot 2\pi - 0 = 6\pi

Omkrinsen er 6π6\pi, som stemmer med formelen 2πr=2π3=6π2\pi r = 2\pi \cdot 3 = 6\pi. \checkmark

✏️Eksempel 12: Buelengd av linjestykke

Finn lengda av linjestykket frå (1,2)(1, 2) til (4,6)(4, 6) ved hjelp av parameterframstilling og integrasjon.

Løysing:

Parameterframstilling: Vi kan skrive linjestykket som
r(t)=(1+3t,2+4t),t[0,1]\vec{r}(t) = (1 + 3t, 2 + 4t), \quad t \in [0, 1]

Når t=0t = 0: (1,2)(1, 2)
Når t=1t = 1: (4,6)(4, 6)

Hastigheitsvektor:
r(t)=(3,4)\vec{r}'(t) = (3, 4)

Fart:
r(t)=32+42=25=5|\vec{r}'(t)| = \sqrt{3^2 + 4^2} = \sqrt{25} = 5

Buelengd:
L=015dt=5t01=5L = \int_0^1 5\, dt = 5t \Big|_0^1 = 5

Kontroll med avstandsformelen:
L=(41)2+(62)2=9+16=5L = \sqrt{(4-1)^2 + (6-2)^2} = \sqrt{9 + 16} = 5 \quad \checkmark

✏️Eksempel 13: Buelengd av kurve

Finn buelengda av kurva r(t)=(t,23t3/2)\displaystyle \vec{r}(t) = (t, \frac{2}{3}t^{3/2}) for t[0,3]t \in [0, 3].

Løysing:

Hastigheitsvektor:
x(t)=1x'(t) = 1
y(t)=2332t1/2=t1/2=ty'(t) = \frac{2}{3} \cdot \frac{3}{2}t^{1/2} = t^{1/2} = \sqrt{t}

r(t)=(1,t)\vec{r}'(t) = (1, \sqrt{t})

Fart:
r(t)=1+t|\vec{r}'(t)| = \sqrt{1 + t}

Buelengd:
L=031+tdtL = \int_0^3 \sqrt{1 + t}\, dt

Lat u=1+tu = 1 + t, då er du=dtdu = dt.
Når t=0t = 0: u=1u = 1
Når t=3t = 3: u=4u = 4

L=14udu=14u1/2du=23u3/214L = \int_1^4 \sqrt{u}\, du = \int_1^4 u^{1/2}\, du = \frac{2}{3}u^{3/2}\Big|_1^4
=23(43/213/2)=23(81)=143= \frac{2}{3}(4^{3/2} - 1^{3/2}) = \frac{2}{3}(8 - 1) = \frac{14}{3}

Buelengda er 1434,67\displaystyle \frac{14}{3} \approx 4{,}67.

✏️Eksempel 14: Akselerasjonsvektor

Ein partikkel har posisjon r(t)=(t2,t3)\vec{r}(t) = (t^2, t^3). Finn hastigheitsvektoren, farten og akselerasjonsvektoren når t=1t = 1.

Løysing:

Posisjon:
r(t)=(t2,t3)\vec{r}(t) = (t^2, t^3)

Hastigheitsvektor (fyrste deriverte):
v(t)=r(t)=(2t,3t2)\vec{v}(t) = \vec{r}'(t) = (2t, 3t^2)
v(1)=(2,3)\vec{v}(1) = (2, 3)

Fart:
v(1)=v(1)=22+32=13v(1) = |\vec{v}(1)| = \sqrt{2^2 + 3^2} = \sqrt{13}

Akselerasjonsvektor (andre deriverte):
a(t)=r(t)=(2,6t)\vec{a}(t) = \vec{r}''(t) = (2, 6t)
a(1)=(2,6)\vec{a}(1) = (2, 6)

Akselerasjonsvektoren viser korleis hastigheita endrar seg.

✏️Eksempel 15: Ellipse

Ein ellipse er gitt ved r(t)=(4cost,2sint)\vec{r}(t) = (4\cos t, 2\sin t) for t[0,2π]t \in [0, 2\pi].

a) Finn tangentvektoren når t=π4\displaystyle t = \frac{\pi}{4}.
b) Finn farten når t=π4\displaystyle t = \frac{\pi}{4}.

Løysing:

a) Tangentvektoren:

r(t)=(4sint,2cost)\vec{r}'(t) = (-4\sin t, 2\cos t)

For t=π4\displaystyle t = \frac{\pi}{4}:
r(π4)=(422,222)=(22,2)\vec{r}'\left(\frac{\pi}{4}\right) = \left(-4 \cdot \frac{\sqrt{2}}{2}, 2 \cdot \frac{\sqrt{2}}{2}\right) = (-2\sqrt{2}, \sqrt{2})

b) Farten:

v(π4)=(22)2+(2)2=8+2=10v\left(\frac{\pi}{4}\right) = \sqrt{(-2\sqrt{2})^2 + (\sqrt{2})^2} = \sqrt{8 + 2} = \sqrt{10}

✏️Eksempel 16: Tilbakelagd strekning

Ein bil køyrer langs ein veg skildra ved r(t)=(t2,2t)\vec{r}(t) = (t^2, 2t) for t[0,2]t \in [0, 2] (posisjon i km, tid i timar). Kor langt køyrer bilen?

Løysing:

Hastigheitsvektor:
r(t)=(2t,2)\vec{r}'(t) = (2t, 2)

Fart:
v(t)=r(t)=4t2+4=2t2+1v(t) = |\vec{r}'(t)| = \sqrt{4t^2 + 4} = 2\sqrt{t^2 + 1}

Buelengd (tilbakelagd strekning):
L=022t2+1dtL = \int_0^2 2\sqrt{t^2 + 1}\, dt

For å løyse dette integralet bruker vi substitusjon t=sinhut = \sinh u eller tabelloppslag.

Med formelen t2+1dt=t2t2+1+12lnt+t2+1+C\displaystyle \int \sqrt{t^2 + 1}\, dt = \frac{t}{2}\sqrt{t^2 + 1} + \frac{1}{2}\ln|t + \sqrt{t^2 + 1}| + C:

L=2[t2t2+1+12lnt+t2+1]02L = 2 \left[ \frac{t}{2}\sqrt{t^2 + 1} + \frac{1}{2}\ln|t + \sqrt{t^2 + 1}| \right]_0^2
=[tt2+1+lnt+t2+1]02= \left[ t\sqrt{t^2 + 1} + \ln|t + \sqrt{t^2 + 1}| \right]_0^2
=25+ln(2+5)(0+ln1)= 2\sqrt{5} + \ln(2 + \sqrt{5}) - (0 + \ln 1)
=25+ln(2+5)= 2\sqrt{5} + \ln(2 + \sqrt{5})
4,47+1,445,92 km\approx 4{,}47 + 1{,}44 \approx 5{,}92 \text{ km}

Oppgåver

📝Oppgave 6.2.1

Finn r(t)\vec{r}'(t) for følgjande vektorfunksjonar:

a
r(t)=(2t,3t2)\vec{r}(t) = (2t, 3t^2)
b
r(t)=(t3,t21)\vec{r}(t) = (t^3, t^2 - 1)
c
r(t)=(sint,cost)\vec{r}(t) = (\sin t, \cos t)
d
r(t)=(et,et)\vec{r}(t) = (e^t, e^{-t})
📝Oppgave 6.2.2

Finn r(t)\vec{r}'(t) og r(t)\vec{r}''(t) for:

a
r(t)=(4t1,t2+2t)\vec{r}(t) = (4t - 1, t^2 + 2t)
b
r(t)=(t3,t4)\vec{r}(t) = (t^3, t^4)
c
r(t)=(2cost,2sint)\vec{r}(t) = (2\cos t, 2\sin t)
📝Oppgave 6.2.3

Ein partikkel rører seg langs kurva r(t)=(t2,2t)\vec{r}(t) = (t^2, 2t).

a

Finn posisjonen når t=2t = 2.

b

Finn hastigheitsvektoren når t=2t = 2.

c

Finn farten når t=2t = 2.

Løs oppgavenTren
📝Oppgave 6.2.4

For kurva r(t)=(t,t2)\vec{r}(t) = (t, t^2), finn tangentvektoren og normalvektoren i punktet der t=1t = 1.

📝Oppgave 6.2.5

Ein sirkel har parameterframstillinga r(t)=(5cost,5sint)\vec{r}(t) = (5\cos t, 5\sin t).

a

Finn tangentvektoren.

b

Finn farten.

c

Finn omkrinsen ved å rekne ut buelengda for t[0,2π]t \in [0, 2\pi].

Løs oppgavenTren
📝Oppgave 6.2.6

Finn likninga for tangentlinja til kurva r(t)=(t21,t3)\vec{r}(t) = (t^2 - 1, t^3) i punktet der t=1t = 1.

📝Oppgave 6.2.7

Ein partikkel rører seg slik at r(t)=(3t,4t)\vec{r}(t) = (3t, 4t) for t0t \geq 0 (posisjon i meter, tid i sekund).

a

Vis at partikkelen rører seg langs ei rett linje.

b

Finn farten.

c

Kor lang strekning har partikkelen tilbakelagt etter 10 sekund?

Løs oppgavenTren
📝Oppgave 6.2.8

Finn buelengda av kurva r(t)=(2t,t2)\vec{r}(t) = (2t, t^2) for t[0,1]t \in [0, 1].

📝Oppgave 6.2.9

Ein ball blir kasta horisontalt frå 80 m høgd med starthastigheit 20 m/s. Posisjonsvektoren er r(t)=(20t,805t2)\vec{r}(t) = (20t, 80 - 5t^2) (bruk g=10g = 10 m/s²).

a

Finn hastigheitsvektoren.

b

Finn farten som funksjon av tid.

c

Kor lang tid tek det før ballen treffer bakken?

d

Finn farten i det ballen treffer bakken.

Løs oppgavenTren
📝Oppgave 6.2.10

Vis at tangentvektoren til sirkelen r(t)=(Rcost,Rsint)\vec{r}(t) = (R\cos t, R\sin t) alltid står vinkelrett på posisjonsvektoren.

📝Oppgave 6.2.11

Ein ellipse er gitt ved r(t)=(3cost,2sint)\vec{r}(t) = (3\cos t, 2\sin t) for t[0,2π]t \in [0, 2\pi].

a

Finn tangentvektoren.

b

Finn farten som funksjon av tt.

c

Ved kva for verdiar av tt er farten størst og minst?

Løs oppgavenTren
📝Oppgave 6.2.12

Finn buelengda av kurva r(t)=(cos3t,sin3t)\vec{r}(t) = (\cos^3 t, \sin^3 t) for t[0,π2]\displaystyle t \in [0, \frac{\pi}{2}]. (Denne kurva blir kalla ein astroide.)

📝Oppgave 6.2.13

Ein sykloide er kurva som eit punkt på kanten av eit rullande hjul skildrar. Viss hjulet har radius RR og rullar langs xx-aksen, er parameterframstillinga:

r(t)=(R(tsint),R(1cost))\vec{r}(t) = (R(t - \sin t), R(1 - \cos t))

a

Finn hastigheitsvektoren.

b

Finn farten som funksjon av tt.

c

Når er farten null? Kva tyder dette fysisk?

Løs oppgavenTren
📝Oppgave 6.2.14

Ein partikkel rører seg slik at posisjonsvektoren er r(t)=(etcost,etsint)\vec{r}(t) = (e^t\cos t, e^t\sin t) for t0t \geq 0.

a

Finn hastigheitsvektoren.

b

Finn farten som funksjon av tt.

c

Vis at farten veks eksponentielt.

Løs oppgavenTren
📝Oppgave 6.2.15

Ei kurve har einingstangentvektor T^(t)=r(t)r(t)\displaystyle \hat{T}(t) = \frac{\vec{r}'(t)}{|\vec{r}'(t)|}. For kurva r(t)=(t,ln(cost))\vec{r}(t) = (t, \ln(\cos t)) for t(π2,π2)\displaystyle t \in (-\frac{\pi}{2}, \frac{\pi}{2}):

a

Finn r(t)\vec{r}'(t).

b

Finn farten r(t)|\vec{r}'(t)|.

c

Finn einingstangentvektoren T^(t)\hat{T}(t).

Løs oppgavenTren
📝Oppgave 6.2.16

Finn buelengda av spiralen r(t)=(tcost,tsint)\vec{r}(t) = (t\cos t, t\sin t) for t[0,2π]t \in [0, 2\pi].

📝Oppgave 6.2.17

Lat r(t)=(acost,bsint)\vec{r}(t) = (a\cos t, b\sin t) vere ein ellipse med halvakser aa og bb der a>b>0a > b > 0.

a

Finn farten v(t)v(t) som funksjon av tt.

b

I kva for punkt er farten størst?

c

I kva for punkt er farten minst?

Løs oppgavenTren
📝Oppgave 6.2.18

Ein partikkel rører seg langs kurva r(t)=(t2,23t3)\displaystyle \vec{r}(t) = (t^2, \frac{2}{3}t^3) for t0t \geq 0.

a

Finn hastigheitsvektoren og farten.

b

Finn akselerasjonsvektoren.

c

Finn buelengda frå t=0t = 0 til t=2t = 2.

Løs oppgavenTren

Oppsummering

I dette kapittelet har du lært:

- Vektorfunksjon: r(t)=[x(t),y(t)]\vec{r}(t) = [x(t), y(t)] skildrar ei rørsle i planet.
- Derivasjon: r(t)=[x(t),y(t)]\vec{r}\,'(t) = [x'(t), y'(t)] — deriver komponentvis.
- Tangent- og hastigheitsvektor: r(t)\vec{r}\,'(t) peikar langs banen i rørsleretninga.
- Fart: v(t)=r(t)=x(t)2+y(t)2v(t) = |\vec{r}\,'(t)| = \sqrt{x'(t)^2 + y'(t)^2} — eit tal.
- Buelengd: L=abr(t)dtL = \int_a^b |\vec{r}\,'(t)| \, dt.

Nøkkelomgrep


OmgrepForklaring
Vektorfunksjonr(t)=[x(t),y(t)]\vec{r}(t) = [x(t), y(t)]
Hastigheitsvektorr(t)\vec{r}\,'(t), tangent til banen
Fartr(t)|\vec{r}\,'(t)|
Buelengdabr(t)dt\int_a^b |\vec{r}\,'(t)|\,dt

Viktige formlar


- r(t)=[x(t),y(t)]\vec{r}\,'(t) = [x'(t), y'(t)]
- v(t)=x(t)2+y(t)2v(t) = \sqrt{x'(t)^2 + y'(t)^2}
- L=abx(t)2+y(t)2dtL = \int_a^b \sqrt{x'(t)^2 + y'(t)^2} \, dt
Repetisjonsoppgåver
Din fremgang
0deloppgaver0 / 5 oppgaver

Oppgaver

Lett3 oppgaver
6.2.1Opplasting
6.2.2Opplasting
6.2.3Opplasting
Medium7 oppgaver
6.2.4Opplasting
6.2.5Opplasting
6.2.6Opplasting
6.2.7Opplasting
6.2.8Opplasting
6.2.9Opplasting
6.2.10Opplasting
Vanskelig8 oppgaver
6.2.11Opplasting
6.2.12Opplasting
6.2.13Opplasting
6.2.14Opplasting
6.2.15Opplasting
6.2.16Opplasting
6.2.17Opplasting
6.2.18Opplasting

Dette kapitlet er skrevet av Anthropics toppmodeller (Claude Opus og Claude Fable) og er foreløpig ikke manuelt gjennomgått — kvalitetskontrollen gjøres av uavhengige KI-agenter, og innmeldte feil rettes fortløpende. Funnet en feil? Meld fra, så retter vi den. Les mer om hvordan innholdet lages.