Banefart til 3D-printer
En fabrikk lager kroker ved hjelp av en 3D-printer. Posisjonen til dysen i 3D-printeren etter \(t\) sekunder er gitt ved posisjonsvektoren
Her er cm enheten langs aksene.
- Bestem banefarten til 3D-printeren etter 1 sekund.
- Ved hvilket tidspunkt er banefarten lavest?
- Avgjør om fartsretningen noen gang er parallell med \(xy\)-planet eller parallell med \(yz\)-planet. Husk å begrunne svaret.
a) \(\underline{\underline{v(1) \approx 1{,}17 \, \mathrm{cm/s}}}\)
b) \(\underline{\underline{v_{\min} \approx 1{,}00 \, \mathrm{cm/s} \text{ ved } t \approx 3{,}54 \, \mathrm{s}}}\)
c) Fartsretningen er parallell med \(xy\)-planet én gang (ved \(t \approx 3{,}14 \, \mathrm{s}\)). Fartsretningen er aldri parallell med \(yz\)-planet.
Banefarten er størrelsen av hastighetsvektoren \(\vec{r}'(t)\). Vi deriverer posisjonsvektoren komponentvis:
Vi definerer disse komponentene i GeoGebra CAS som vx, vy og vz, og beregner banefarten som \(|\vec{r}'(t)| = \sqrt{v_x^2 + v_y^2 + v_z^2}\).
a
Vi setter inn \(t = 1\) i komponentene og beregner banefarten:

Fra CAS-utklippet ser vi at
b
Vi ønsker å finne minimumet til \(v(t) = |\vec{r}'(t)|\) på intervallet \([0, 5]\). Vi definerer fart(t) i GeoGebra CAS og evaluerer ved det kjente minimumet \(t \approx 3{,}542\):

CAS bekrefter at \(v(3{,}542) \approx \mathbf{\underline{\underline{1{,}00 \, \mathrm{cm/s}}}}\).
Minimumet inntreffer ved \(t \approx 3{,}54 \, \mathrm{s}\).
c
Parallell med \(xy\)-planet betyr at fartsretningen ikke har noen \(z\)-komponent, altså \(v_z(t) = 0\):
Vi undersøker fortegnet til \(v_z\) rundt \(t = \pi \approx 3{,}1416\) i GeoGebra CAS:

Fra utklippet ser vi at
- \(v_z(3{,}1416) \approx -0{,}00275 < 0\)
- \(v_z(3{,}1443) \approx 0\) (nullpunktet)
- \(v_z(3{,}15) \approx 0{,}00569 > 0\)
Siden \(v_z\) skifter fortegn fra negativ til positiv i intervallet \([0, 5]\) (mellomverdisetningen garanterer et nullpunkt), er fartsretningen parallell med \(xy\)-planet ved \(t \approx 3{,}14 \, \mathrm{s}\).
Parallell med \(yz\)-planet betyr at \(x\)-komponenten er null, altså \(v_x(t) = 0\):
Siden \(e^{t/20} > 0\) for alle \(t\), er \(v_x(t) > 0\) for alle \(t \in [0, 5]\). Det er aldri slik at fartsretningen er parallell med \(yz\)-planet.