[wiskunde] im/expliciete functies en poolcoördinaten

Moderators: dirkwb, Xilvo

Forumregels
(Middelbare) school-achtige vragen naar het forum "Huiswerk en Practica" a.u.b.
Zie eerst de Huiswerkbijsluiter
Reageer
Gebruikersavatar
Berichten: 75

[wiskunde] im/expliciete functies en poolco

Voor het oplossen van sommige wiskundige oefeningen, maar ook in de mechanica worden geen functies maar relaties gebruikt.

Ik vind de volgende uitleg terug in mijn cursus:

1. Impliciete en expliciete functies

Bij een functie heeft iedere input (origineel x) precies één output (beeld y). Zo heb je dat
\(y=f(x)\)
Het verband tussen y en x kan ook impliciet geschreven worden in de vorm
\(F(x,y)=0\)
bijvoorbeeld.

Zo wordt een cirkel voorgesteld als zijnde
\(F(x,y)=x^2+y^2-1=0\)
2. Parametervergelijking van een kromme

Men kan ook een parametervergelijking schrijven
\(\left{\begin{array}{c}x=x(t) y=y®\end{array}\)
waarin met
\(t\)
de parameter noemt

De cartesische vergelijking vinden we door
\(t\)
te elimineren:
\(x^2+y^2=\cos^2t+\sin^2t \rightarrow x^2+y^2=1\)
3. functies in poolcoördinaten

De poolcoördinaten van een punt zijn de getallen
\(r\)
en
\(\theta\)
\(r\)
is de afstand van het punt tot de oorsprong.
\(\theta\)
is de georienteerde hoek die de voerstraal maakt met de positieve X-as.

Het verband tussen cartesische en poolcoördinaten is als volgt:
\(\left{\begin{array}{c}x=r \cos \theta y=r \sin \theta\end{array}\)
Tot zover de gehele theorie uit mijn boek. Er staan nog wel wat verduidelijkende prentjes bij, waardoor de hele uitleg toch gauw twee bladzijden bestrijkt.

Oefeningen

Jammer genoeg heb ik hier onvoldoende aan om oefeningen op te lossen als:

Zet om naar cartesische coördinaten
\(r=4\sin(\theta)\)
\(r=\frac{1}{1-\cos(\theta)}\)
Of wanneer het helemaal de mist ingaat is:

gegeven parametervergelijking:
\(\left{\begin{array}{c}x=t \sin(t) y=t \cos(t)\end{array}\)
- bepaal
\(\frac{dy}{dx}\)
in functie van t

- bepaald de vergelijking van de raaklijn aan de spiraal voor t=7.

Ik weet dat het een hele boterham is, maar kan iemand me op weg helpen?
Ervaring is niets dan de opsomming van stommiteiten

Gebruikersavatar
Pluimdrager
Berichten: 10.058

Re: [wiskunde] im/expliciete functies en poolco

Shoqproof schreef:Voor het oplossen van sommige wiskundige oefeningen, maar ook in de mechanica worden geen functies maar relaties gebruikt.

Ik vind de volgende uitleg terug in mijn cursus:

1. Impliciete en expliciete functies

Bij een functie heeft iedere input (origineel x) precies één output (beeld y). Zo heb je dat
\(y=f(x)\)
Het verband tussen y en x kan ook impliciet geschreven worden in de vorm
\(F(x,y)=0\)
bijvoorbeeld.

Zo wordt een cirkel voorgesteld als zijnde
\(F(x,y)=x^2+y^2-1=0\)
2. Parametervergelijking van een kromme

Men kan ook een parametervergelijking schrijven
\(\left{\begin{array}{c}x=x(t) y=y®\end{array}\)
waarin met
\(t\)
de parameter noemt

De cartesische vergelijking vinden we door
\(t\)
te elimineren:
\(x^2+y^2=\cos^2t+\sin^2t \rightarrow x^2+y^2=1\)
3. functies in poolcoördinaten

De poolcoördinaten van een punt zijn de getallen
\(r\)
en
\(\theta\)
\(r\)
is de afstand van het punt tot de oorsprong.
\(\theta\)
is de georienteerde hoek die de voerstraal maakt met de positieve X-as.

Het verband tussen cartesische en poolcoördinaten is als volgt:
\(\left{\begin{array}{c}x=r \cos \theta y=r \sin \theta\end{array}\)
Tot zover de gehele theorie uit mijn boek. Er staan nog wel wat verduidelijkende prentjes bij, waardoor de hele uitleg toch gauw twee bladzijden bestrijkt.

Oefeningen

Jammer genoeg heb ik hier onvoldoende aan om oefeningen op te lossen als:

Zet om naar cartesische coördinaten
\(r=4\sin(\theta)\)
\(r=\frac{1}{1-\cos(\theta)}\)
Of wanneer het helemaal de mist ingaat is:

gegeven parametervergelijking:
\(\left{\begin{array}{c}x=t \sin(t) y=t \cos(t)\end{array}\)
- bepaal
\(\frac{dy}{dx}\)
in functie van t

- bepaald de vergelijking van de raaklijn aan de spiraal voor t=7.

Ik weet dat het een hele boterham is, maar kan iemand me op weg helpen?
De tweede vraag:

Differentiëer x en y naar t, dan is dy/dx=(dy/dt)/(dx/dt)

Van poolcoördinaten naar cartesische: wat ontbreekt is r²=x²+y²

In je vb:
\(r=4\sin(\theta)\)
Vermenigvuldig links en rechts met r, dus
\(r^2=4r \sin(\theta)\)
en nu is het gewoon invullen!

Gebruikersavatar
Berichten: 75

Re: [wiskunde] im/expliciete functies en poolco

Differentiëer x en y naar t, dan is dy/dx=(dy/dt)/(dx/dt)
Dus:
\(\frac{dy}{dx}\)
van
\(\left{\begin{array}{c}x=t \sin(t) y=t \cos(t)\end{array}=\frac{\frac{dy}{dt}}{\frac{dx}{dt}}\)
wordt opgelost als
\(\frac{\frac{d(t\cos(t))}{dt}}{\frac{d(t\sin(t))}{dt}}=\frac{-\sin(t)}{\cos(t)}\)
Is dit correct?
Safe schreef:Van poolcoördinaten naar cartesische: wat ontbreekt is r²=x²+y²

In je vb:  
\(r=4\sin(\theta)\)
Vermenigvuldig links en rechts met r, dus
\(r^2=4r \sin(\theta)\)
en nu is het gewoon invullen!
dus:
\(r^2=4r\sin(\theta) \Rightarrow r^2=4y \Rightarrow r=\sqrt{4y}\)
denk ik ... of bedoel je
\(r^2=4r\sin(\theta) \Rightarrow x^2+y^2=4y \Rightarrow x^2=4y-y^2 \Rightarrow x=\sqrt{4y-y^2}\)
Moeten we wel weten wat r is? moet dat geen x zijn?
Ervaring is niets dan de opsomming van stommiteiten

Gebruikersavatar
Pluimdrager
Berichten: 10.058

Re: [wiskunde] im/expliciete functies en poolco

Shoqproof schreef:Dus:
\(\frac{dy}{dx}\)
van
\(\left{\begin{array}{c}x=t \sin(t) y=t \cos(t)\end{array}=\frac{\frac{dy}{dt}}{\frac{dx}{dt}}\)
wordt opgelost als
\(\frac{\frac{d(t\cos(t))}{dt}}{\frac{d(t\sin(t))}{dt}}=\frac{-\sin(t)}{\cos(t)}\)
Is dit correct?
Safe schreef:
Van poolcoördinaten naar cartesische: wat ontbreekt is r²=x²+y²

In je vb:  
\(r=4\sin(\theta)\)
Vermenigvuldig links en rechts met r, dus
\(r^2=4r \sin(\theta)\)
en nu is het gewoon invullen!
dus:
\(r^2=4r\sin(\theta) \Rightarrow r^2=4y \Rightarrow r=\sqrt{4y}\)
denk ik ... of bedoel je
\(r^2=4r\sin(\theta) \Rightarrow x^2+y^2=4y \Rightarrow x^2=4y-y^2 \Rightarrow x=\sqrt{4y-y^2}\)
Moeten we wel weten wat r is? moet dat geen x zijn?
"
\(\frac{\frac{d(t\cos(t))}{dt}}{\frac{d(t\sin(t))}{dt}}=\frac{-\sin(t)}{\cos(t)}\)
Is dit correct?"

Nee:
\(\frac{\frac{d(t\cos(t))}{dt}}{\frac{d(t\sin(t))}{dt}}=\frac{\cos(t)-t \sin(t)}{\sin(t)+t \cos(t)}\)
Welke regel had je dus moeten toepassen?

Het tweede gaat goed als je kijkt naar 'wat heb ik' en 'waar ga ik naartoe'.

Je hebt poolcoördinaten (r,theta) en je moet hebben cartesische (x,y).

Ik bedoel dus:
\(x^2+y^2=4y\)
\(x^2+y^2-4y=0\)
\(x^2+(y-2)^2=2^2\)
Wat heb ik gedaan, en wat stelt dit in een grafiek voor?

Als je een GR hebt kan je dit controleren.

Gebruikersavatar
Berichten: 75

Re: [wiskunde] im/expliciete functies en poolco

Safe,

De stap van x²+y²-4y=0 naar x²+(y-2)²=2² begrijp ik niet.

ook dat mijn -sin(t)/cos(t) fout is weet ik wel (ik heb de juiste oplossing hier liggen), maar ik zie het gewoon niet. Betekent dit dan dat ik drie keer de quotientregel moet toepassen? of één keer? Ik zie het echt niet meer, sorry.
Ervaring is niets dan de opsomming van stommiteiten

Gebruikersavatar
Pluimdrager
Berichten: 10.058

Re: [wiskunde] im/expliciete functies en poolco

Shoqproof schreef:Safe,

De stap van x²+y²-4y=0 naar x²+(y-2)²=2² begrijp ik niet.

ook dat mijn -sin(t)/cos(t) fout is weet ik wel (ik heb de juiste oplossing hier liggen), maar ik zie het gewoon niet. Betekent dit dan dat ik drie keer de quotientregel moet toepassen? of één keer? Ik zie het echt niet meer, sorry.
"De stap van x²+y²-4y=0 naar x²+(y-2)²=2² begrijp ik niet."

Je had bv de haakjes kunnen wegwerken, om te 'zien' of het klopt!

De toegepaste bewerking heet: kwadraatafsplitsen.

Bekijk eens: a²-2ab+b²=(a-b)² (dit moet je, uit het hoofd, weten)

Vergelijk dit met y²-4y, als a=y wat moet b dan zijn -2yb=-4y dus b=2.

Nu vullen we y²-4y aan met 2², dat kan niet zomaar..., dus

y²-2y2+2²-2²=(y-2)²-2²

Nu: x²+y²-4y+2²-2²=0, zodat x²+(y-2)²=2².

Dit nu stelt een cirkel voor met middelpunt (0,2) en straal 2.

Al met de GR de poolverg getekend?

Bij je volgende vraag heb je niet te maken met de quotiëntregel maar met de productregel!

dy/dx wordt berekend door het quotiënt van twee afgeleiden nl dy/dt en dx/dt.

x(t)=t.sin(t) t is de var, je differentiëert naar t, en er staat duidelijk een product, dus: dx/dt=sin(t)+t.cos(t)

Ik laat aan jou het bepalen van y(t)=t.cos(t) => dy/dt=...

Gebruikersavatar
Pluimdrager
Berichten: 6.594

Re: [wiskunde] im/expliciete functies en poolco

\( r- 4\cos\theta=0\)
\( r\cdot(r-4\cos\theta)=0\)
\( r^2 - 4r\cos\theta=0\)
\( r^2\cdot[ (s\inth\eta)^2 + (\cos\theta)^2] -4r\cos\theta=0\)
\(r^2(s\inth\eta)^2+r^2(\cos\theta)^2 - 4r\cos\theta+4=4\)
\((r\cos\theta-2)^2 + r^2\cdot(s\inth\eta)^2=4\)
Nu
\( x=r\cos\theta en y=rs\inth\eta \)
\((x-2)^2 + y^2 =4\)

Gebruikersavatar
Berichten: 75

Re: [wiskunde] im/expliciete functies en poolco

Safe,

Iedereen doet zijn uiterste best, ik zie het wel, mijn excuses voor de dommigheid.

Ik ga niet naar de les (examencontract) en ik moet alles na de werkuren blokken. Ik heb nu door de feestdagen en wat ingezet verlof de mogelijkheid om een week lang te blokken. Dit blijkt bij nader inzien geen goede zaak te zijn. Bij het te lang doorblokken blijkt dat de aandacht zo sterk verminderd dat ik de meest voor de hand liggende dingen niet meer zie. Ik val letterlijk stil. Mijn hersenen stoppen en ik begin te staren. Het lijkt mij dan ook beter om mijn brains wat meer rust te geven. Of ik het dan nog kan halen is maar de vraag, want ik ben nog niet bijgebeend.

Dat tekenen van een poolvergelijking met een GR had ik nog niet gedaan. Ik heb mij voor de gelegenheid (het studeren) wel een super-deluxe rekenmachine gekocht (TI-89 Titanium). Op uw vraag heb ik eens geprobeerd de vergelijking

r-4cos(theta)=0 eens ingegeven (als r=), en dat lukt voor dit formuletje aardig.

Het is ook mogelijk om de formules parametrisch in te geven.

Er staat dan

xt1=

yt1=

Ik probeer daar een formuletje achter te krijgen, maar hij geeft foutmeldingen.

Aadkr,

bedankt voor de uitleg. Ik zou het op die manier zelf nooit opgelost krijgen.

Misschien als ik eerst de oplossing weet en dan met een 'reversed engineering' naar het midden toewerken?
Ervaring is niets dan de opsomming van stommiteiten

Gebruikersavatar
Pluimdrager
Berichten: 10.058

Re: [wiskunde] im/expliciete functies en poolco

Misschien begrijp ik je probleem, misschien ook niet!

Probeer je te concentreren op het probleem. Waar loop je vast. Waar heb je vragen.

Zonder vragen kan ik (kunnen wij) niets doen.

Nog een vb:
\(r=\frac{1}{1-\cos(\theta)}\)
\(r-r\cos(\theta)=1\)
\(\sqrt{x^2+y^2}-x=1\)
In feite ben je nu klaar! Want je hebt een 'uitdrukking' in x en y, maar dit is niet voldoende. Het wortelteken willen we niet!

Nu jij ....

Je hebt een GR. Teken deze grafiek. Herken je iets. Schrijf op als er iets niet lukt!

Gebruikersavatar
Berichten: 75

Re: [wiskunde] im/expliciete functies en poolco

Safe schreef:Nog een vb:
\(r=\frac{1}{1-\cos(\theta)}\)
\(r-r\cos(\theta)=1\)
\(\sqrt{x^2+y^2}-x=1\)
In feite ben je nu klaar! Want je hebt een 'uitdrukking' in x en y, maar dit is niet voldoende. Het wortelteken willen we niet!

Nu jij ....

Je hebt een GR. Teken deze grafiek. Herken je iets. Schrijf op als er iets niet lukt!


Bij het tekenen is de grafiek een 90 graden gedraaide parabool, opening naar rechts. Het moet dus één of andere kwadratische functie zijn:
\(r=\frac{1}{1-\cos\Theta}\)
\(\Rightarrow r(1-\cos\Theta)=1\)
\(\Rightarrow r-r\cos\Theta=1\)
\(\Rightarrow \sqrt{x^2+y^2}-x=1 \)
\(\Rightarrow \sqrt{x^2+y^2}=1+x \)
\(\Rightarrow x^2+y^2=(1+x)^2 \)
\(\Rightarrow x^2+y^2=1^2+2.1.x+x^2 \)
\(\Rightarrow \underline{x^2}+y^2=1+2x+\underline{x^2} \)
\(\Rightarrow y^2=1+2x\)
en
\(\Rightarrow 2x=y^2-1 \Rightarrow x=\frac{y^2-1}{2}\)


:)

Bedankt voor de volharding!
Ervaring is niets dan de opsomming van stommiteiten

Gebruikersavatar
Pluimdrager
Berichten: 10.058

Re: [wiskunde] im/expliciete functies en poolco

Shoqproof schreef:
Safe schreef:
Nog een vb:
\(r=\frac{1}{1-\cos(\theta)}\)
\(r-r\cos(\theta)=1\)
\(\sqrt{x^2+y^2}-x=1\)
In feite ben je nu klaar! Want je hebt een 'uitdrukking' in x en y, maar dit is niet voldoende. Het wortelteken willen we niet!

Nu jij ....

Je hebt een GR. Teken deze grafiek. Herken je iets. Schrijf op als er iets niet lukt!


Bij het tekenen is de grafiek een 90 graden gedraaide parabool, opening naar rechts. Het moet dus één of andere kwadratische functie zijn:
\(r=\frac{1}{1-\cos\Theta}\)
\(\Rightarrow r(1-\cos\Theta)=1\)
\(\Rightarrow r-r\cos\Theta=1\)
\(\Rightarrow \sqrt{x^2+y^2}-x=1 \)
\(\Rightarrow \sqrt{x^2+y^2}=1+x \)
\(\Rightarrow x^2+y^2=(1+x)^2 \)
\(\Rightarrow x^2+y^2=1^2+2.1.x+x^2 \)
\(\Rightarrow \underline{x^2}+y^2=1+2x+\underline{x^2} \)
\(\Rightarrow y^2=1+2x\)
en
\(\Rightarrow 2x=y^2-1 \Rightarrow x=\frac{y^2-1}{2}\)


:)

Bedankt voor de volharding!
Prima! Toch schrijven we dit anders: y²=2(x-1/2)

Kan jij bedenken waarom, kijk nog eens goed naar je grafiek!

Gebruikersavatar
Berichten: 75

Re: [wiskunde] im/expliciete functies en poolco

Safe schreef:Prima! Toch schrijven we dit anders: y²=2(x-1/2)

Kan jij bedenken waarom, kijk nog eens goed naar je grafiek!
:) Duh? Hoe kan dat? Dit geeft twee verschillende grafieken.

Moet het dan niet zijn y²=2(x+1/2)?

Maar waarom de wijziging, 'k heb er geen idee van.

Echt niet.
Ervaring is niets dan de opsomming van stommiteiten

Gebruikersavatar
Pluimdrager
Berichten: 10.058

Re: [wiskunde] im/expliciete functies en poolco

Shoqproof schreef:
Safe schreef:Prima! Toch schrijven we dit anders: y²=2(x-1/2)

Kan jij bedenken waarom, kijk nog eens goed naar je grafiek!
:) Duh? Hoe kan dat? Dit geeft twee verschillende grafieken.

Moet het dan niet zijn y²=2(x+1/2)?

Maar waarom de wijziging, 'k heb er geen idee van.

Echt niet.
Ja, natuurlijk een plusje. Heel goed!

Het punt (-1/2,0) is de top van je parabool!

Reageer