Tidevann og trigonometrisk modell
Tabellen nedenfor viser vannstanden (tidevannshøyden) ved Stord verft i Sunnhordland, for noen tidspunkter 24. april 2023.
Tidevann er de periodiske endringene i havnivået som oppstår som et resultat av gravitasjonskreftene som månen og solen virker på jorden med.
| Antall timer etter midnatt | 1 | 3 | 5 | 7 | 9 | 11 | 13 | 15 | 17 | 19 |
|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|
| Vannstand (cm) | 99,6 | 119 | 94,3 | 60,5 | 53,4 | 76,0 | 96,7 | 115 | 99,9 | 68,1 |
En oljeplattform skal slepes ut fra verftet dagen etter. Dette må gjøres når vannstanden er mer enn 90 cm.
- Lag en modell \(f\) som du kan bruke til å bestemme vannstanden ved verftet i den aktuelle perioden.
- Når vil vannstanden øke raskest den 25. april, ifølge modellen?
Det vil ta 2 timer å slepe ut oljeplattformen.
- Ved hvilket klokkeslett kan de senest starte med å slepe ut plattformen?
a) \(f(t) = 31{,}04 \cdot \sin(0{,}5144t + 0{,}1898) + 83{,}59\)
b) kl. 00:04 og kl. 12:16 den 25. april
c) Senest kl. 15:59 (≈ kl. 16:00)
a
Vi legger inn tabellverdiene i GeoGebra CAS og bruker TrigReg til å finne en sinusmodell. Alternativt kan vi bruke de forhåndsregnede parameterne fra regresjonen direkte:
Her er \(t\) antall timer etter midnatt 24. april, og \(f(t)\) er vannstanden i cm.
Modellen har periode \(T = \dfrac{2\pi}{0{,}5144} \approx 12{,}2 \, \mathrm{timer}\), som er typisk for semidiurnalt tidevann (to høyvann og to lavvann per døgn).
\(\underline{\underline{f(t) = 31{,}04 \cdot \sin(0{,}5144t + 0{,}1898) + 83{,}59}}\)
b
Vannstanden øker raskest når den deriverte \(f'(t)\) er størst.
Vi deriverer \(f\):
Denne er størst når \(\cos(0{,}5144t + 0{,}1898) = 1\), det vil si når
Den 25. april svarer til \(t \in [24, 48]\). Vi setter inn \(n = 2\) og \(n = 3\):
Ifølge modellen øker vannstanden raskest den 25. april kl. \(\underline{\underline{00{:}04}}\) og kl. \(\underline{\underline{12{:}16}}\).
c
Vi må finne et 2-timers tidsvindu der \(f(t) > 90 \, \mathrm{cm}\) gjennom hele perioden.
Vi løser \(f(t) = 90\) for \(t \in [24, 48]\) numerisk i GeoGebra CAS (NLøs):

CAS gir fire løsninger:
| \(t\) (timer) | Klokkeslett 25/4 |
|---|---|
| \(t \approx 24{,}46\) | 00:28 |
| \(t \approx 29{,}76\) | 05:46 |
| \(t \approx 36{,}68\) | 12:41 |
| \(t \approx 41{,}98\) | 17:59 |
Dette gir to vinduer der \(f(t) > 90 \, \mathrm{cm}\):
- Vindu 1: kl. 00:28 – 05:46 (varighet \(\approx 5{,}3 \, \mathrm{timer}\)) → senest start kl. 03:46
- Vindu 2: kl. 12:41 – 17:59 (varighet \(\approx 5{,}3 \, \mathrm{timer}\)) → senest start kl. 15:59
Det siste mulige starttidspunktet på 25. april er i vindu 2:
De kan senest starte å slepe ut oljeplattformen \(\underline{\underline{\text{ca. kl. } 16{:}00}}\) den 25. april.
a) (2 poeng) For å få full uttelling, må det velges en rimelig modell som passer med tallene i tabellen.
b) (2 poeng) Kandidater som løser likningen \(f''(x) = 0\) behøver ikke å argumentere for at det tidspunktet vannstanden øker raskest dersom kandidaten ser dette ut fra grafen til \(f\). Kandidaten behøver ikke å regne om til klokkeslett for å få full uttelling, selv om dette er ønskelig.
c) (2 poeng) Ordet «senest» kan tolkes som senest denne dagen, eller senest innenfor en periode med flo. Begge tolkningene kan gi full uttelling.