Sensor for utelys og trigonometri
En sensor skal slå på utelyset foran ytterdøra til et hus. Lyset blir slått på \(T(x)\) timer etter midnatt. \(T(x)\) er gitt ved
\(x\) er antall dager etter 31. desember 2023 slik at \(x = 1\) svarer til 1. januar 2024. Tidspunktet sensoren slår på utelyset, varierer fra kl. 15:00 til kl. 23:00, og det varierer periodisk i løpet av et år. Den 1. april slår lyset seg på kl. 19:00.
- Forklar hvordan de ulike verdiene i modellen \(T(x)\) passer med opplysningene gitt ovenfor.
- Når i 2024 vil tidspunktet da lyset slår seg på, flytte seg 3 minutter per dag?
- Når endrer dette tidspunktet seg raskest, og hvor stor er endringen da?
a) Se forklaring i løsningsforslaget.
b) Tidspunktet endrer seg 3 minutter per dag rundt \(\underline{\underline{16. \text{ februar}}}\), \(\underline{\underline{14. \text{ mai}}}\), \(\underline{\underline{16. \text{ august}}}\) og \(\underline{\underline{12. \text{ november}}}\).
c) Tidspunktet endrer seg raskest rundt \(\underline{\underline{31. \text{ mars}}}\) (og 29. september) med ca. \(\underline{\underline{4{,}1 \text{ min/dag}}}\).
a
Modellen er \(T(x) = 4 \cdot \sin(0{,}0055\pi \cdot x - 0{,}5\pi) + 19\).
Likevektslinjen 19 svarer til gjennomsnittet av minimums- og maksimumsverdi:
Amplituden 4 svarer til halvparten av variasjonsbredden:
Tidspunktet varierer altså mellom \(19 - 4 = 15\) (kl. 15:00) og \(19 + 4 = 23\) (kl. 23:00).
Perioden finner vi fra koeffisienten foran \(x\) i argumentet:
Faseforskyvningen \(-0{,}5\pi\) gir minimum der \(\sin = -1\), altså når
\(x = 0\) svarer til 31. desember 2023, og minimum \(T = 15\) (kl. 15:00) tidligst på vinteren er rimelig.
Kontroll 1. april (\(x = 91\), siden januar har 31 dager, februar 29 (skuddår) og mars 31):
Lyset slår seg på ca. kl. 19:00 den 1. april.
b
Vi bruker GeoGebra CAS til å definere \(T(x)\), beregne den deriverte og løse \(|T'(x)| = 0{,}05\) (siden \(3 \text{ min/dag} = 0{,}05 \text{ t/dag}\)).

Fra CAS-utklippet ser vi:
\(T'(x) = 0{,}05\) (lyset slår seg på 3 min senere per dag):
\(T'(x) = -0{,}05\) (lyset slår seg på 3 min tidligere per dag):
Vi konverterer til datoer (med \(x = 1\) som 1. januar 2024):
| \(x\) | Dato | Beskrivelse |
|---|---|---|
| \(47\) | ca. 16. februar | Lyset slår seg på 3 min/dag senere |
| \(135\) | ca. 14. mai | Lyset slår seg på 3 min/dag senere |
| \(229\) | ca. 16. august | Lyset slår seg på 3 min/dag tidligere |
| \(317\) | ca. 12. november | Lyset slår seg på 3 min/dag tidligere |
Tidspunktet endrer seg 3 minutter per dag rundt 16. februar, 14. mai, 16. august og 12. november.
c
\(|T'(x)|\) er størst når \(|\cos(\ldots)| = 1\), altså når cosinus-leddet er \(\pm 1\).
Maksimalt positiv endring (lyset slår seg på senest mulig per dag): \(\cos(\ldots) = 1\), som gir
\(x \approx 91\) svarer til ca. 31. mars / 1. april.
Fra CAS-utklippet: xMaks := 90,909 og Maks := 0,06912.
Den største endringsraten er
Tilsvarende skjer den raskeste negative endringen (lyset slår seg på tidligere) en halv periode senere:
Tidspunktet sensoren slår på lyset endrer seg raskest rundt 31. mars (og 29. september), med ca. \(\underline{\underline{4{,}1 \text{ min/dag}}}\).