Ishockeypuck med vektorfunksjon
En ishockeybane er \(60 \mathrm{~m}\) lang og \(30 \mathrm{~m}\) bred. Vi plasserer et koordinatsystem slik at origo er midt på banen. Se figuren nedenfor.

En hockeyspiller sendte av gårde en puck. Vektorfunksjonen \(\vec{r}\) gitt ved
gir puckens posisjon \(t\) sekunder etter at den ble sendt av gårde. Denne vektorfunksjonen gir puckens posisjon helt til den treffer vantet (veggen på banen).
- Hvilken fart hadde pucken idet den ble sendt av gårde?
- Hvor lang tid gikk det før pucken traff vantet?
En annen hockeyspiller var i posisjonen \(P(-18, 11)\) da pucken ble sendt av gårde. Spilleren hadde konstant fart \(\vec{v} = [3, -7]\).
- Begrunn at denne spilleren ikke ble truffet av pucken.
a) \(\underline{\underline{|\vec{r}'(0)| = 2\sqrt{89} \approx 18{,}87 \, \mathrm{m/s}}}\)
b) Pucken treffer lang-vanten etter ca. \(3{,}05\) sekunder.
c) Spilleren ble ikke truffet av pucken — pucken beveger seg langs linjen \(5x = 8y\), og selv om spillerens bane krysser denne linjen, er spilleren og pucken ikke i samme punkt på samme tidspunkt.

a
Puckens posisjon er gitt ved \(\vec{r}(t) = [8(e^{-t} - t),\; 5(e^{-t} - t)]\). Farten er lengden av hastighetsvektoren \(\vec{r}'(t)\).
Vi deriverer komponentvis:
Ved \(t = 0\):
Farten er:
Pucken hadde fart \(\underline{\underline{2\sqrt{89} \approx 18{,}87 \, \mathrm{m/s}}}\) idet den ble sendt av gårde.
b
Banen er \(60 \, \mathrm{m}\) lang og \(30 \, \mathrm{m}\) bred med origo i midten, så \(-30 \leq x \leq 30\) og \(-15 \leq y \leq 15\).
Vi observerer at \(\vec{r}(t) = (e^{-t} - t) \cdot [8,\; 5]\). La \(u(t) = e^{-t} - t\). Da er \(x(t) = 8u(t)\) og \(y(t) = 5u(t)\).
Siden \(u'(t) = -e^{-t} - 1 < 0\) for alle \(t\), avtar \(u(t)\) strengt, og dermed avtar både \(x\) og \(y\) fra startverdiene \(x(0) = 8\) og \(y(0) = 5\). Pucken beveger seg mot negative \(x\)- og \(y\)-verdier, så de aktuelle grensene er \(x = -30\) og \(y = -15\).
Vi undersøker hvilken grense som nås først ved å løse to likninger:
- \(y = -15\): \(5(e^{-t} - t) = -15 \;\Rightarrow\; e^{-t} - t = -3\). Numerisk løsning: \(t \approx 3{,}05\).
- \(x = -30\): \(8(e^{-t} - t) = -30 \;\Rightarrow\; e^{-t} - t = -3{,}75\). Numerisk løsning: \(t \approx 3{,}77\).
Siden \(u(t)\) er avtagende, nås \(u = -3\) (tilsvarer \(y = -15\)) før \(u = -3{,}75\) (tilsvarer \(x = -30\)).
Kontroll: ved \(t \approx 3{,}05\) er \(x = 8 \cdot (-3) = -24 \, \mathrm{m}\), som er innenfor banen (\(-30 \leq -24 \leq 30\) ✓).
Pucken treffer lang-vanten (\(y = -15\)) etter ca. \(\underline{\underline{3{,}05 \, \mathrm{sekunder}}}\).
c
Puckens posisjon er alltid \(\vec{r}(t) = u(t) \cdot [8,\; 5]\) der \(u(t) = e^{-t} - t\). Det betyr at pucken beveger seg langs den rette linjen gjennom origo i retning \([8,\; 5]\), altså langs linjen \(5x = 8y\).
Spillerens posisjon ved tid \(t\) er:
For at spilleren skal treffes av pucken, må \(\vec{P}(t) = \vec{r}(t)\) for et tidspunkt \(t \geq 0\). Dette gir likningssystemet:
Fra begge likninger kan vi isolere \(e^{-t} - t\):
- Ligning 1: \(e^{-t} - t = \dfrac{3t - 18}{8}\)
- Ligning 2: \(e^{-t} - t = \dfrac{11 - 7t}{5}\)
Setter de to uttrykkene like hverandre:
Dette er det eneste tidspunktet der spillerens bane og puckens bane er på samme rette linje. Vi sjekker om de er i samme punkt:
- Spillerens posisjon: \((-18 + 3 \cdot 2{,}51,\; 11 - 7 \cdot 2{,}51) \approx (-10{,}47,\; -6{,}55)\)
- Puckens posisjon: \((8(e^{-2{,}51} - 2{,}51),\; 5(e^{-2{,}51} - 2{,}51)) \approx (-19{,}40,\; -12{,}13)\)
De to posisjonene er ulike — selv om banen til spilleren krysser linjen pucken beveger seg langs, er de ikke i samme punkt på samme tid.
Spilleren ble dermed ikke truffet av pucken.