Vectoren, vraagstuk 56

Gegeven de ruimtekromme C met parametrisering:
Vergelijking
  1. Laat zien dat elk punt van de kromme op een kegel ligt waarvan de top zich in de oorsprong bevindt.
  2. Interpreteer t als de tijd, en bereken de grootte van de snelheid van een punt dat volgens r (t) langs de baan C beweegt.
  3. In welke richting verlaat de kromme de oorsprong (in t = 0)?
  4. Bepaal de lengte van C als functie van t (laat eventueel een integraal in het antwoord staan).
Grafiek
De grafiek van r (t) = (x = t cos t, y = t sin t, z = t)
  1. Laat zien dat elk punt van de kromme op een kegel ligt waarvan de top zich in de oorsprong bevindt.
    Grafiek
    Een kegel (een dubbele zelfs, een diabolo) met de top in de oorsprong
    Ik ga de vergelijking voor C iets anders opschrijven:
    Vergelijking
    Het deel tussen haakjes is een eenheidscirkel, dus x en y beschrijven een cirkel met straal t:
    Vergelijking
    De straal t van deze cirkel neemt toe met toenemende z (want z = t) waardoor zich de kegel vormt.

    Het is wellicht duidelijker door eerst om te schrijven naar cilindercoördinaten:
    Vergelijking
    Vergelijking
    Vergelijking
    De vergelijking voor C wordt dan:
    Vergelijking
    Hierin is de kegel misschien duidelijker herkenbaar.
  2. Interpreteer t als de tijd, en bereken de grootte van de snelheid van een punt dat volgens r (t) langs de baan C beweegt.

    De snelheid v volgt uit:
    Vergelijking
    Waaruit de grootte (= norm) van v volgt:
    Vergelijking
  3. In welke richting verlaat de kromme de oorsprong (in t = 0)?

    Hiervoor vonden we reeds:
    Vergelijking
    Door de coördinaten van de oorsprong, dus t = 0, in te vullen krijgen we het antwoord:
    Vergelijking
  4. Bepaal de lengte van C als functie van t (laat eventueel een integraal in het antwoord staan).

    Met alle voorgaande resultaten nog bij de hand is de booglengte te berekenen als volgt:
    Vergelijking
    De oplossing van de integraal van (2 + x2)1/2 kun je vinden in de tabel met integralen.