wiskunde B vwo 2017-I

Transcriptie

1 wiskunde vwo 017-I Formules Vlakke meetkunde Verwijzingen naar definities en stellingen die bij een bewijs mogen worden gebruikt zonder nadere toelichting. Hoeken, lijnen en afstanden: gestrekte hoek, rechte hoek, overstaande hoeken, F-hoeken, Z-hoeken, afstand punt tot lijn, driehoeksongelijkheid. Meetkundige plaatsen: middelloodlijn, bissectrice, bissectricepaar, middenparallel, cirkel, parabool. Driehoeken: hoekensom driehoek, buitenhoek driehoek, congruentie: HZH, ZHH, ZHZ, ZZZ, ZZR; gelijkvormigheid: hh, zhz, zzz, zzr; middelloodlijnen driehoek, bissectrices driehoek, hoogtelijn driehoek, hoogtelijnen driehoek, zwaartelijn driehoek, zwaartelijnen driehoek, gelijkbenige driehoek, gelijkzijdige driehoek, rechthoekige driehoek, Pythagoras, gelijkbenige rechthoekige driehoek, halve gelijkzijdige driehoek. Vierhoeken: hoekensom vierhoek, parallellogram, ruit, rechthoek, vierkant. Cirkel, koorden, bogen, hoeken, raaklijn, vierhoeken: koorde, boog en koorde, loodlijn op koorde, middellijn, Thales, middelpuntshoek, omtrekshoek, constante hoek, raaklijn, hoek tussen koorde en raaklijn, koordenvierhoek. Goniometrie + = + sin( t) + sin( u ) = sin t+ u ( ) cos t u ( ) = sin( t) sin( u) = sin t u ( ) cos t+ u ( ) + = cos( t) + cos( u ) = cos t+ u ( ) cos t u ( ) = + cos( t) cos( u ) = sin t+ u ( ) sin t u ( ) sin( t u) sin( t)cos( u) cos( t)sin( u) sin( t u) sin( t)cos( u) cos( t)sin( u) cos( t u) cos( t)cos( u) sin( t)sin( u) cos( t u) cos( t)cos( u) sin( t)sin( u) 1

2 wiskunde vwo 017-I Rakende grafieken? De functies f en g zijn gegeven door: f ( x) = ln( x) en gx ( ) = x 1 e 5p 1 Ga na met exacte berekening of de grafieken van f en g elkaar raken.

3 wiskunde vwo 017-I Elektrische spanning De spanning op elektriciteitsdraden in het Nederlandse spanningsnet is Ut ( ) = 35sin 100π t. Hierin is U de een wisselspanning met formule ( ) spanning in volt en t de tijd in seconden. De grafiek van deze wisselspanning is een sinusoïde met amplitude 35. In de figuur is één periode van de grafiek weergegeven. Ook zijn de lijnen met vergelijking U = 30 en U = 30 getekend. De spanning op het stopcontact schommelt tussen 35 volt en +35 volt. Toch zegt men in het algemeen dat de spanning op een stopcontact 30 volt is. Dat komt omdat de zogenaamde effectieve waarde 1) van de wisselspanning ongeveer 30 volt is. figuur U (volt) 30 O 0,0 t (seconden) 30 5p ereken hoeveel procent van de tijd de spanning meer dan 30 volt van 0 afwijkt. De effectieve waarde van de wisselspanning geven we aan met Deze waarde kan worden berekend met de formule: T eff = 0 ( ) T U U() t dt Hierin is T de periode van de spanning U. Uitgaande van de gegeven formules kun je met de grafische rekenmachine berekenen dat U eff ongeveer 30 volt is. 3p 3 ereken U eff in twee decimalen nauwkeurig. U eff. noot 1 De effectieve waarde van een wisselspanning is de waarde van een gelijkspanning die evenveel vermogen levert als de wisselspanning. 3

4 wiskunde vwo 017-I Het Nederlandse spanningsnet maakt gebruik van drie elektriciteitsdraden die fasedraden worden genoemd: de spanningen U 1, U en U 3 in deze drie draden hebben namelijk een onderling faseverschil. Voor de spanning in twee van de drie fasedraden geldt: 1 ( t ) U ( t ) = 35sin 100 π ( ) U ( t) = 35sin 100πt π 3 Voor woonhuizen wordt doorgaans alleen de eerste fasedraad gebruikt met een bijbehorende effectieve waarde van 30 volt. In fabrieken is voor machines vaak een hogere effectieve waarde dan 30 volt nodig. De stroom die hiervoor nodig is, wordt krachtstroom genoemd. Hiervoor wordt gebruikgemaakt van twee van de drie fasedraden. De spanning U kracht die een machine dan krijgt, is het spanningsverschil tussen de twee fasedraden, bijvoorbeeld U1 U. Dan geldt: ( ) () = () () = 35 sin ( 100π ) sin( 100π π) U t U t U t t t kracht 1 3 5p 4 ereken exact de maximale waarde van U kracht. 4

5 wiskunde vwo 017-I issectrice en cirkel is een koorde van een cirkel met middelpunt M. Op deze koorde is een gelijkbenige, stomphoekige driehoek C getekend met C op de cirkel en C = C. De raaklijn aan de cirkel in snijdt lijn C in punt D. Zie figuur 1. Deze figuur staat vergroot op de uitwerkbijlage. figuur 1 C M D Er geldt: lijn C is bissectrice van hoek D. 3p 5 ewijs dit. In figuur is de situatie van figuur 1 uitgebreid. Door, C en D is een gestippelde cirkel getekend. Punt E is zo op lijnstuk gekozen, dat lijnstuk EC de gestippelde cirkel in een punt F snijdt. De lijnstukken C en DF snijden elkaar in punt G. Figuur staat vergroot op de uitwerkbijlage. figuur C D G F E M 4p 6 ewijs dat G op de cirkel door, E en F ligt. 5

6 wiskunde vwo 017-I uitwerkbijlage 5 C M D 6

7 wiskunde vwo 017-I 6 C D G F E M 7

8 wiskunde vwo 017-I Twee sinusoïden De functies f en g zijn gegeven door: ( x ) ( x ) f( x) = sin π 3 en gx ( ) = sin π 3 In de figuur zijn de grafieken van f en g weergegeven op het interval [0, π ]. Verder is de lijn getekend met vergelijking x = p, met 0 < p < π. 3 3 Deze lijn snijdt de grafiek van f in punt en de grafiek van g in punt. figuur y O f - ϖ 3 x g x = p De lengte van lijnstuk is afhankelijk van p. Voor een bepaalde waarde van p is deze lengte maximaal. 7p 7 ereken exact voor welke waarde van p de lengte van lijnstuk maximaal is. 8

9 wiskunde vwo 017-I Sinus en parabool Op het domein [0, π ] is de functie f gegeven door: f ( x) = 3sin( x) sin ( x) De grafiek van f snijdt de x-as in de punten (0, 0) en ( π,0). Zie figuur 1. figuur 1 y f P y = 1 O ϖ x De lijn met vergelijking 1 y = raakt de grafiek van f in het punt P 1 ( ) Deze lijn heeft nog twee andere punten met de grafiek van f gemeenschappelijk. 5p 8 ereken exact de afstand tussen deze twee andere punten. π,1. V is het gebied dat wordt ingesloten door de x-as en de grafiek van f. Zie figuur. figuur y f V O ϖ x 5p 9 ereken exact de oppervlakte van V. 9

10 wiskunde vwo 017-I In figuur 3 is opnieuw de grafiek van f getekend. Ook is de parabool door (0, 0) getekend die de grafiek is van een functie g die is gegeven door: g( x) = ax + bx, waarbij a en b constanten zijn. Deze constanten zijn zo gekozen dat: het punt ( π, 0) op de parabool ligt én de grafiek van f en de parabool in het punt (0, 0) dezelfde helling hebben én de grafiek van f en de parabool in het punt ( π,0) dezelfde helling hebben. figuur 3 y g f O ϖ x 6p 10 ereken exact de waarden van a en b. 10

11 wiskunde vwo 017-I randwerendheid van een deur De (lucht)temperatuur tijdens een bepaald soort natuurlijke brand kan worden beschreven met het volgende model: + ln ( ) 6ln( ) 9 nat ( ) e t t T t = + Hierin is T nat de temperatuur in C en t de tijd in minuten vanaf het begin van de brand. De bijbehorende grafiek is weergegeven in figuur 1. figuur 1 natuurlijke brand temperatuur (ºC) T nat tijd (minuten) In de figuur is te zien dat de temperatuur bij deze natuurlijke brand een maximum bereikt. 5p 11 ereken exact deze maximale temperatuur. Deuren worden getest op hun brandwerendheid door ze in een laboratorium aan een brand bloot te stellen. De temperatuur tijdens zo n laboratoriumbrand verloopt anders dan bij de natuurlijke brand, namelijk volgens de formule: T ( t ) = log(8 t+ 1) lab Hierin is T lab de temperatuur in C en t de tijd in minuten vanaf het begin van de brand. De bijbehorende grafiek is weergegeven in figuur. figuur laboratoriumbrand temperatuur (ºC) 800 T lab ºC (0,69; 300) tijd (minuten) 11

12 wiskunde vwo 017-I Temperaturen onder de 300 C leveren geen blijvende schade aan de deur op. Pas vanaf een temperatuur van 300 C heeft een deur onder de brand te lijden. Het tijdstip t waarop deze temperatuur bij de laboratoriumbrand wordt bereikt, is afgerond op twee decimalen 0,69. Zie figuur. 4p 1 ereken algebraïsch het tijdstip t waarop de temperatuur bij de laboratoriumbrand de waarde 300 C bereikt. Rond je antwoord af op drie decimalen. In de rest van deze opgave bekijken we een deur die wordt blootgesteld aan een laboratoriumbrand. Deze deur blijkt precies 30 minuten stand te houden. Men vraagt zich af hoe berekend kan worden of zo n deur tijdens de natuurlijke brand óók 30 minuten standhoudt. In figuur 3 is het vlakdeel grijs gemaakt dat wordt ingesloten door de grafiek van T lab, de horizontale lijn met vergelijking T = 300 en de verticale lijn met vergelijking t = 30. figuur 3 laboratoriumbrand temperatuur (ºC) 800 T lab ºC (0,69; 300) tijd (minuten) De merikaan Simon Ingber deed in 198 de volgende veronderstelling: De deur bezwijkt tijdens de natuurlijke brand op dát tijdstip t b, waarvoor geldt dat de oppervlakte tussen de grafiek van T nat, de horizontale lijn met vergelijking T = 300 en de verticale lijn met vergelijking t = tb gelijk is aan de oppervlakte van het grijze vlakdeel in figuur 3. 7p 13 Onderzoek of volgens de veronderstelling van Ingber de deur tijdens de natuurlijke brand minstens 30 minuten standhoudt. 1

13 wiskunde vwo 017-I Parallellogram met verlengde diagonaal Gegeven is parallellogram CD. Punt E ligt op het verlengde van diagonaal C zodanig dat CE=C. Zie de figuur, die ook staat afgebeeld op de uitwerkbijlage. figuur E C D Punt C is het snijpunt van de zwaartelijnen van driehoek DE. 5p 14 ewijs dit. 13

14 wiskunde vwo 017-I uitwerkbijlage 14 E C D 14