Posisjonsvektorer for småfugler og rovfugl
To småfugler er ute og flyr. Posisjonen til de to fuglene er gitt ved
Tiden \(t\) er målt i sekunder, og enhetene langs aksene er målt i meter.
- Hvor fort flyr hver av de to småfuglene?
- Hvor stor er avstanden mellom småfuglene når \(t = 0\)?
- På hvilket tidspunkt er småfuglene nærmest hverandre, og hvor langt unna hverandre er de da?
En rovfugl er også ute og flyr og oppdager småfuglene ved tidspunktet \(t = 0\). Posisjonen til rovfuglen de første 6 sekundene er gitt ved
- Gjør nødvendige beregninger og beskriv jakten rovfuglen har på småfuglene.
a) Fugl 1: \(3\sqrt{5} \approx 6{,}71 \, \mathrm{m/s}\), fugl 2: \(\sqrt{41} \approx 6{,}40 \, \mathrm{m/s}\)
b) \(37 \, \mathrm{m}\)
c) \(t = \frac{257}{50} = 5{,}14 \, \mathrm{s}\), avstand \(\frac{49\sqrt{2}}{10} \approx 6{,}93 \, \mathrm{m}\)
d) Rovfuglen er nærmest fugl 2 ved \(t \approx 4{,}53 \, \mathrm{s}\) (avstand \(\approx 3{,}03 \, \mathrm{m}\)) og nærmest fugl 1 ved \(t \approx 4{,}68 \, \mathrm{s}\) (avstand \(\approx 4{,}69 \, \mathrm{m}\)). Rovfuglen fanger ingen av fuglene i løpet av de 6 sekundene.
Vi bruker GeoGebra CAS til alle beregningene (se linje-referanser til skjermbildet).

a
Fartsvektor er den deriverte av posisjonsvektoren med hensyn på tid. Siden komponentene er lineære i \(t\), er fartsvektoren konstant:
Farten er lengden av fartsvektoren (se linje 5–6 i CAS):
Fugl 1 flyr \(3\sqrt{5} \approx 6{,}71 \, \mathrm{m/s}\) og fugl 2 flyr \(\sqrt{41} \approx 6{,}40 \, \mathrm{m/s}\).
b
Ved \(t = 0\) er posisjonene:
Avstanden er (se linje 7 i CAS):
c
Avstandskvadrat mellom fuglene er (se linje 8 i CAS):
Vi finner minimum ved å derivere og sette lik null (se linje 9 i CAS):
Minste avstand (se linje 10 i CAS):
Småfuglene er nærmest hverandre ved \(t = 5{,}14 \, \mathrm{s}\), med en avstand på \(\dfrac{49\sqrt{2}}{10} \approx 6{,}93 \, \mathrm{m}\).
d
Avstand mellom rovfuglen og hver av småfuglene beregnes ved å trekke fra posisjonskomponentene. Differansevektoren \(\vec{r}_R(t) - \vec{r}_1(t)\):
Dermed (se linje 11 i CAS):
Differansevektoren \(\vec{r}_R(t) - \vec{r}_2(t)\):
Dermed (se linje 12 i CAS):
Minimering over intervallet \([0, 6]\) (se linje 13–14 i CAS):
- \(d_{R1}\) har minimum ved \(t \approx 4{,}68 \, \mathrm{s}\) med avstand \(\approx 4{,}69 \, \mathrm{m}\)
- \(d_{R2}\) har minimum ved \(t \approx 4{,}53 \, \mathrm{s}\) med avstand \(\approx 3{,}03 \, \mathrm{m}\)
Beskrivelse av jakten: Rovfuglen starter ved \((-10, 5)\) ved \(t = 0\), omtrent 30 m fra fugl 1 og 13 m fra fugl 2. De første 4 sekundene nærmer rovfuglen seg begge fuglene. Rundt \(t \approx 4{,}53 \, \mathrm{s}\) er rovfuglen nærmest fugl 2, med bare \(\approx 3{,}03 \, \mathrm{m}\) avstand. Kort etter, ved \(t \approx 4{,}68 \, \mathrm{s}\), er rovfuglen nærmest fugl 1 med \(\approx 4{,}69 \, \mathrm{m}\) avstand. Deretter øker avstandene raskt. Rovfuglen fanger ingen av fuglene i løpet av de 6 sekundene (avstanden når aldri 0).