به محفل ریاضی ایرانیان خوش آمدید! لطفا برای استفاده از تمامی امکانات عضو شوید
+2 امتیاز
758 بازدید
در دانشگاه توسط Me30 (44 امتیاز)
ویرایش شده توسط AmirHosein

گرگی در نقطه $a$ روی محور $x$ و خرگوشی در نقطه $b$ روی محور $y$ ایستاده اند. در یک لحظه همدیگر را میبینند. و خرگوش در امتداد محور $y$ با سرعت $v_1$ به سمت بالا حرکت میکند. گرگ هم در جهت خرگوش با سرعت $v_2$میدود. معادله حرکت گرگ چیست؟ در هر دو حالت $v_1>v_2$ و $v_1< v_2$.

1 پاسخ

+3 امتیاز
توسط farshchian2090 (1,204 امتیاز)
ویرایش شده توسط farshchian2090

enter image description here

در شکل بالا منحنی قرمز رنگ مسیر حرکت گرگ را نشان میدهد. در هر نقطه روی منحنی جهت گرگ به سمت خرگوش در راستای خط مماس بر منحنی در آن نقطه میباشد. لذا جهت بردار سرعت نیز در راستای خط مماس و به اندازه ثابت $v_2$ خواهد بود . فرض کنید گرگ پس از t ثانیه به نقطه B روی منحنی برسد در این صورت خرگوش پس از این زمان به نقطه $b'$ روی محور y رسیده است حال مختصات نقطه $b'$ برابر $b'=v_1t+b$ میباشد.

هم چنین فرض کنید که در نقطه B بردار $v_2$ با محور x زاویه $\theta$ میسازد آنگاه $tan\theta$ یا همان شیب خط مماس در نقطه B به صورت زیر میباشد. $$ tan\theta=m_{مماس}=\frac{b'-y}{x}=\frac{dy}{dx}|_B \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ (1) $$

از آنجا که معادله حرکت برحسب t میباشد لذا x و y را در رابطه بالا توابع بر حسب t در نظرگرفته و به ترتیب با $x_t$ و $y_t$ نمایش میدهیم لذا :

$$ \frac{b'-y_t}{x_t}=\frac{\frac{dy}{dt}}{\frac{dx}{dt}}|_B=\frac{y'_t}{x'_t} \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ (2)$$

$x'_t$ و $y'_t$ در واقع سرعت گرگ در راستای افقی و قائم را در نقطه B مشخص میکنند برآیند این دو سرعت همان بردار $v_2$ میباشد یعنی داریم : $$ {x'_t}^2+{y'_t}^2=v_2^2 \ \ \ \ \ \ \ \ (3) $$

روابط (2) و (3) یک دستگاه معادلات دیفرانسیل برحسب $y'_t$ ، $x'_t$ ، $y_t$ ، $x_t$ و t را مشخص میکنند. شرایط اولیه این دستگاه عبارتند از : $x_0=a \ \ , \ y_0=0$

میتوان $x'_0$ و $y'_0$ را نیز در شروع حرکت محاسبه کرد از آنجایی که زاویه بردار $v_2$ با محور x در نقطه شروع حرکت از رابطه $tan\theta_0=\frac ba$ بدست می آید پس لذا بردارهای سرعت افقی و عمودی در ابتدای حرکت یا همان $x'_0$ و $y'_0$ به صورت $ x'_0=v_2cos\theta_0 \ \ \ \ , \ \ \ \ y'_0=v_2sin\theta_0$ خواهد بود.

با حل این دستگاه $x_t$ و $y_t$ بدست می آید که همان معادله حرکت گرگ میباشد .

توسط Me30 (44 امتیاز)
–1
نه عزیزم....  فکر کنم سوالمو اشتباه متوجه شدی
چون گرگ در هر لحظه سمت حرکتش موقعیت خرگوش در همون لحظه است.
و مثلا اگر سرعت خرگوش بیشتر از گرگ باشه، گرگ هیچ وقت به محور yنمیرسه
توسط farshchian2090 (1,204 امتیاز)
نمایش از نو توسط farshchian2090
+1
این یک معادله دیفرانسیلی داره که متاسفانه بنده فراموش کردم اون رو .  با اون رویکرد اگر جواب داده بشه هم ساده تره و هم نهایت بیشتر حالت ها رو در برمیگیره در صورت تمایل میتوانید به کتاب های بهینه سازی غیر خطی یا ریاضیات عمومی 2 مبحث منحنی های قطبی مراجعه کنید . حتما در اول فرصت جواب بالا رو اصلاح میکنم براتون . ممنون که یادآوری کردید
توسط farshchian2090 (1,204 امتیاز)
+1
پاسخ رو اصلاح کردم تنها حل دستگاه زمان بر هست که توصیه میکنم اونو توی متلب حل کنید و جوابو بدست بیارید.
این چرخ فلک که ما در او حیرانیم<br> فانوس خیال از او مثالی دانیم<br> خورشید چراغ دان و عالم فانوس<br> ما چون صوریم کاندرو حیرانیم
...