Getal & Ruimte (12e editie) - vwo wiskunde B

'Parameterkrommen'.

vwo wiskunde B 10.5 Vectoren bij snelheid en versnelling

Parameterkrommen (7)

opgave 1

De baan van een punt \(P\) wordt beschreven door de bewegingsvergelijkingen
\(\begin{cases}x(t)=-\frac{1}{3}t^3+3t \\ y(t)=-\frac{1}{2}t^2+2t\end{cases}\)
Zie de figuur hieronder.

Oxy

3p

Bereken de coördinaten van de snijpunten van de baan met de \(x\text{-}\)as.

SnijpuntenXas
00qo - Parameterkrommen - basis - 0ms

Snijpunt met de \(x\text{-}\)as betekent \(y(t)=0\text{,}\) dit geeft
\(-\frac{1}{2}t^2+2t=0\)

1p

[Oplossen geeft]
\(t^2-4t=0\)
\(t(t-4)=0\)
\(t=0∨t=4\)

1p

[De snijpunten met de \(x\text{-}\)as zijn dan]
\(t=0\) geeft \(x(0)=0\text{,}\) dus \((0, 0)\)
\(t=4\) geeft \(x(4)=-9\frac{1}{3}\text{,}\) dus \((-9\frac{1}{3}, 0)\)

1p

opgave 2

De baan van een punt \(P\) wordt beschreven door de bewegingsvergelijkingen
\(\begin{cases}x(t)=-t^3+12t \\ y(t)=2t^2+4t\end{cases}\)
Zie de figuur hieronder.

Oxy

3p

Toon aan dat de baan zichzelf snijdt in het punt \((16, 16)\text{.}\)

ZelfsnijpuntAantonen
00qp - Parameterkrommen - basis - 0ms

[Oplossen van \(y(t)=16\) geeft]
\(2t^2+4t=16\)
\(2t^2+4t-16=0\)
\(t^2+2t-8=0\)
\((t+4)(t-2)=0\)
\(t=-4∨t=2\)

1p

\(x(-4)=16\text{,}\) dus \(t=-4\) geeft het punt \((16, 16)\text{.}\)

1p

\(x(2)=16\text{,}\) dus \(t=2\) geeft ook het punt \((16, 16)\text{,}\) dus de baan snijdt zichzelf in dat punt.

1p

opgave 3

De baan van een punt \(P\) wordt beschreven door de bewegingsvergelijkingen
\(\begin{cases}x(t)=-\frac{2}{3}t^3+8t \\ y(t)=t^2-3t\end{cases}\)
Zie de figuur hieronder.

Oxy

3p

Bereken de coördinaten van de punt(en) van de baan waarin de raaklijn evenwijdig is met de \(x\text{-}\)as.

EvenwijdigMetAs (1)
00qq - Parameterkrommen - basis - 2ms

\(x'(t)=-2t^2+8\)
\(y'(t)=2t-3\)

1p

[Evenwijdig met de x-as, dus]
\(y'(t)=0\)
\(2t-3=0\)
\(2t=3\)
\(t=1\frac{1}{2}\)

1p

\(x'(1\frac{1}{2})=3\frac{1}{2}≠0\text{,}\) dus voor \(t=1\frac{1}{2}\) is de baan evenwijdig aan de \(x\text{-}\)as in het punt \((9\frac{3}{4}, -2\frac{1}{4})\text{.}\)

1p

opgave 4

De baan van een punt \(P\) wordt beschreven door de bewegingsvergelijkingen
\(\begin{cases}x(t)=1\frac{1}{2}t^2-3t \\ y(t)=2t^3-14t\end{cases}\)
Zie de figuur hieronder.

Oxy

De baan snijdt zichzelf voor \(t=-1\) en voor \(t=3\) in het punt \((4\frac{1}{2}, 12)\text{.}\)

5p

Bereken de hoek \(\varphi \) waaronder de baan zichzelf snijdt. Geef je antwoord in graden en rond af op één decimaal.

HoekInZelfsnijpunt
00qr - Parameterkrommen - basis - 0ms

\(x'(t)=3t-3\)
\(y'(t)=6t^2-14\)

1p

\(\overrightarrow{v}(-1)=\begin{pmatrix}x'(-1) \\ y'(-1)\end{pmatrix}=\begin{pmatrix}-6 \\ -8\end{pmatrix}\)

1p

\(\overrightarrow{v}(3)=\begin{pmatrix}x'(3) \\ y'(3)\end{pmatrix}=\begin{pmatrix}6 \\ 40\end{pmatrix}\)

1p

\(\cos(\varphi )={\begin{vmatrix}\begin{pmatrix}-6 \\ -8\end{pmatrix}⋅\begin{pmatrix}6 \\ 40\end{pmatrix}\end{vmatrix} \over \begin{vmatrix}\begin{pmatrix}-6 \\ -8\end{pmatrix}\end{vmatrix}⋅\begin{vmatrix}\begin{pmatrix}6 \\ 40\end{pmatrix}\end{vmatrix}}={356 \over \sqrt{100}⋅\sqrt{1\,636}}\)

1p

\(\varphi =\cos^{-1}({356 \over \sqrt{100}⋅\sqrt{1\,636}})≈28{,}3\degree\)

1p

opgave 5

De baan van een punt \(P\) wordt beschreven door de bewegingsvergelijkingen
\(\begin{cases}x(t)=-2t^3+2t \\ y(t)=-t^2-2t\end{cases}\)
Zie de figuur hieronder.

Oxy

3p

Bereken de coördinaten van de snijpunten van de baan met de \(y\text{-}\)as.

SnijpuntenYas
00qs - Parameterkrommen - basis - 0ms

Snijpunt met de \(y\text{-}\)as betekent \(x(t)=0\text{,}\) dit geeft
\(-2t^3+2t=0\)

1p

[Oplossen geeft]
\(t(-2t^2+2)=0\)
\(t=0∨-2t^2+2=0\)
\(t=0∨t^2-1=0\)
\(t=0∨t^2=1\)
\(t=0∨t=-1∨t=1\)

1p

[De snijpunten met de \(y\text{-}\)as zijn dan]
\(t=0\) geeft \(y(0)=0\text{,}\) dus \((0, 0)\)
\(t=-1\) geeft \(y(-1)=1\text{,}\) dus \((0, 1)\)
\(t=1\) geeft \(y(1)=-3\text{,}\) dus \((0, -3)\)

1p

opgave 6

De baan van een punt \(P\) wordt beschreven door de bewegingsvergelijkingen
\(\begin{cases}x(t)=1\frac{1}{3}t^3-4t \\ y(t)=-1\frac{1}{2}t^2+3t\end{cases}\)
Zie de figuur hieronder.

Oxy

4p

Bereken de coördinaten van de punt(en) van de baan waarin de raaklijn evenwijdig is met de \(y\text{-}\)as.

EvenwijdigMetAs (2)
00qt - Parameterkrommen - basis - 0ms

\(x'(t)=4t^2-4\)
\(y'(t)=-3t+3\)

1p

[Evenwijdig met de y-as, dus]
\(x'(t)=0\)
\(4t^2-4=0\)
\(t^2-1=0\)
\(t^2=1\)
\(t=-1∨t=1\)

1p

\(y'(-1)=6≠0\text{,}\) dus voor \(t=-1\) is de baan evenwijdig aan de \(y\text{-}\)as in het punt \((2\frac{2}{3}, -4\frac{1}{2})\text{.}\)

1p

\(y'(1)=0\text{,}\) dus voor \(t=1\) heeft de baan een keerpunt in het punt \((-2\frac{2}{3}, 1\frac{1}{2})\text{.}\) In de figuur is te zien dat de baan in het keerpunt niet evenwijdig is met de \(y\text{-}\)as.

1p

opgave 7

De baan van een punt \(P\) wordt beschreven door de bewegingsvergelijkingen
\(\begin{cases}x(t)=-\frac{1}{3}t^3+t \\ y(t)=\frac{1}{4}t^2-t\end{cases}\)
Zie de figuur hieronder.

Oxy

5p

Stel een vergelijking op van de lijn \(l\) die de baan raakt in het punt met \(t=-2\text{.}\)

RaaklijnOpstellen
00qu - Parameterkrommen - basis - 1ms

\(x'(t)=-t^2+1\)
\(y'(t)=\frac{1}{2}t-1\)

1p

\(t=-2\) geeft het punt \((\frac{2}{3}, 3)\text{.}\)

1p

[Voor de richtingsvector van \(l\) geldt]
\(\overrightarrow{r}_l=\overrightarrow{v}(-2)=\begin{pmatrix}x'(-2) \\ y'(-2)\end{pmatrix}=\begin{pmatrix}-3 \\ -2\end{pmatrix}\text{.}\)

1p

[Hieruit volgt]
\(\overrightarrow{n}_l=\begin{pmatrix}2 \\ -3\end{pmatrix}\text{,}\) dus \(l{:}\,2x-3y=c\text{.}\)

1p

\(\begin{rcases}l{:}\,2x-3y=c \\ \text{door }(\frac{2}{3}, 3)\end{rcases}\begin{matrix}c=2⋅\frac{2}{3}-3⋅3=-7\frac{2}{3}\end{matrix}\)
Dus een vergelijking van de raaklijn is \(l{:}\,2x-3y=-7\frac{2}{3}\text{.}\)

1p

"