Projekt 6.5 Ellipser brændpunkter, brændstråler og praktisk anvendelse i en nyrestensknuser



Relaterede dokumenter
Projekt 7.5 Ellipser brændpunkter, brændstråler og praktisk anvendelse i en nyrestensknuser

Temaopgave: Parameterkurver Form: 6 timer med vejledning Januar 2010

Matematikkens mysterier - på et højt niveau. Kenneth Hansen. 5. Kurver og keglesnit

Matematik A. Studentereksamen. Forsøg med digitale eksamensopgaver med adgang til internettet

Hvis man ønsker mere udfordring, kan man springe de første 10 opgaver over. , og et punkt er givet ved: P (2, 1).

Analytisk geometri. Et simpelt eksempel på dette er en ret linje. Som bekendt kan en ret linje skrives på formen

Matematik A Vejledende opgaver 5 timers prøven

Hvis man ønsker mere udfordring, kan man springe de første 10 opgaver over. 1, og et punkt er givet ved: (2, 1)

Forslag til løsning af Opgaver til analytisk geometri (side 338)

Løsning til øvelse 7.8, side 272: Københavns Politigård

Projekt 2.5 Brændpunkt og ledelinje for parabler

Matematiske hjælpemidler. Koordinater. 2.1 De mange bredder.

Matematik A. Studentereksamen. Forberedelsesmateriale. Forsøg med digitale eksamensopgaver med adgang til internettet

Projekt 2.1: Parabolantenner og parabelsyning

Vektorfunktioner. (Parameterkurver) x-klasserne Gammel Hellerup Gymnasium

Projekt 2.5 Brændpunkt og ledelinje

Vektorer i 3D. 1. Grundbegreber. 1. Koordinater. Enhedsvektorerne. Vektor OP. De ortogonale enhedsvektorer kaldes for: Hvis punkt p har koordinaterne:

Projekt 4.13 Vodkaklovn en optimeringsopgave med fri fantasi

Vektorfunktioner Parameterfremstillinger Parameterkurver x-klasserne Gammel Hellerup Gymnasium

Afstand fra et punkt til en linje

Vi begynder med at repetere noget af det tidligere gennemgåede som vi skal bruge.

Matematikken bag Parallel- og centralprojektion

Højere Teknisk Eksamen maj Matematik A. Forberedelsesmateriale til 5 timers skriftlig prøve NY ORDNING. Undervisningsministeriet

Matematikprojekt Belysning

Afstandsformlerne i Rummet

Geometri med Geometer I

VEKTOR I RUMMET PROJEKT 1. Jacob Weng & Jeppe Boese. Matematik A & Programmering C. Avedøre-værket. Roskilde Tekniske Gymnasium 3.4. Fag.

Teorien. solkompasset

Eksamensspørgsmål: Trekantberegning

Grønland. Matematik A. Højere teknisk eksamen

I det følgende betragter vi en kugleflade med radius r. Lad os minde om, at overfladearealet af kuglen er F = 4π

Sfærisk Geometri. Ikast Ib Michelsen

Matematik A. 5 timers skriftlig prøve. Højere Teknisk Eksamen i Grønland maj 2009 GLT091-MAA. Undervisningsministeriet

Delmængder af Rummet

Projekt 5.5 Sfærisk geometri og introduktion til kortprojektioner

STUDENTEREKSAMEN GUX MAJ MATEMATIK A-NIVEAU. Prøveform b. Kl GUX-MAA

Projekt 2.2 Omvendt funktion og differentiation af omvendt funktion

Trigonometri. Store konstruktioner. Måling af højde

Matematik C. Cirkler. Skrevet af Jacob Larsen 3.år HTX Slagelse Udgivet i samarbejde med Martin Gyde Poulsen 3.år HTX Slagelse.

i x-aksens retning, så fås ). Forskriften for g fås altså ved i forskriften for f at udskifte alle forekomster af x med x x 0

Projekt 3.1 Pyramidestub og cirkelareal

Vektorer og lineær regression

FACITLISTE TIL KAPITEL 3 ØVELSER ØVELSE 1. a) Voksende. b) Voksende. c) Konstant. d) Aftagende ØVELSE 2. a) f aftagende i f voksende i

Vektorer og lineær regression. Peter Harremoës Niels Brock

Differentialkvotient af cosinus og sinus

Ting man gør med Vektorfunktioner

Værktøjskasse til analytisk Geometri

Matematik A-niveau STX 24. maj 2016 Delprøve 2 VUC Vestsjælland Syd.

Værktøjskasse til analytisk Geometri

Kommentarer til den ægyptiske beregning Kommentarer til den ægyptiske beregning... 5

Elementær Matematik. Trigonometriske Funktioner

Grundlæggende Opgaver

Ting man gør med Vektorfunktioner

Definition:... 1 Hældningskoefficient... 3 Begyndelsesværdi... 3 Formler... 4 Om E-opgaver 11a... 5

Venus relative størrelse og fase

Afstandsformlen og Cirklens Ligning

3D-grafik Karsten Juul

A U E R B A C H M I K E # e z. a z. # a. # e x. # e y. a x

Matematik Kursusopgave Kran Lastning Kran Lastning. Lavet af Morten Kvist & Benjamin Jensen Htx 3.2 Side 1 af 8

M A T E M A T I K. # e z. # a. # e x. # e y A U E R B A C H M I K E. a z. a x

Udledning af Keplers love

Løsninger til eksamensopgaver på A-niveau maj maj 2014: Delprøven UDEN hjælpemidler

Funktioner af flere variable

Den bedste dåse, en optimeringsopgave

1 Trekantens linjer. Definition af median En median er en linje i en trekant der forbinder en vinkelspids med midtpunktet af modstående side.

Keplers love og Epicykler

Tal, funktioner og grænseværdi

Produkter af vektorer i 2 dimensioner. Peter Harremoës Niels Brock

Undervisningsbeskrivelse

Vejledende besvarelse

Matematik A. Studentereksamen

MATEMATIK B-NIVEAU STX081-MAB

MATEMATIK A-NIVEAU-Net

Matematik A studentereksamen

Geometriske konstruktioner: Ovaler og det gyldne snit

Facitliste til Trigonometri i praksis klasse Erik Bilsted 1.udgave, 1. oplag

Matematik A. Højere handelseksamen. 1. Delprøve, uden hjælpemidler. Fredag den 17. august kl

Den todimensionale normalfordeling

Areal. Et af de ældste skrifter om matematik, der findes, hedder Rhind Papyrus. NTRO

Løsningsforslag 7. januar 2011

XII Vektorer i planen

Optimale konstruktioner - når naturen former. Opgaver. Opgaver og links, der knytter sig til artiklen om topologioptimering

Afstande, skæringer og vinkler i rummet

Konstruktion. d: En cirkel med diameter 7,4 cm. e: En trekant med grundlinie på 9,6 cm og højde på 5,2 cm. (Der er mange muligheder)

VEKTORGEOMETRI del 2 Skæringer Projektioner Vinkler Afstande

Rettevejledning, FP9, Prøven med hjælpemidler, endelig version

Finde invers funktion til en 2-gradsfunktion - ved parallelforskydning. John V Petersen

Afstande, skæringer og vinkler i rummet

1 Geometri & trigonometri

VEKTORGEOMETRI del 1 Vektorregning Parameterfremstillinger Produkter af vektorer

Projektopgave 1. Navn: Jonas Pedersen Klasse: 3.4 Skole: Roskilde Tekniske Gymnasium Dato: 5/ Vejleder: Jørn Christian Bendtsen Fag: Matematik

Parameterkurver. Et eksempel på en rapport

Funktioner generelt. for matematik pä B- og A-niveau i stx og hf Karsten Juul

Bedste rette linje ved mindste kvadraters metode

Polynomier et introforløb til TII

Retningslinjer for bedømmelsen. Georg Mohr-Konkurrencen runde

Projekt 1.4: Himmelfænomener regnbuer, zenith buer og halo er

Progression frem mod skriftlig eksamen

Vejledende Matematik A

Undervisningsbeskrivelse

Transkript:

Projekt 65 Ellipser brændpunkter brændstråler og praktisk anvendelse i en nyrestensknuser Ellipsens ligning undersgte vi kapitel i bog B I det flgende skal vi undersge ellipser som banekurver og vise hvorledes denne beskrivelse kan åbne for en indsigt i hvordan en nyrestensknuser fungerer Eksempel Figuren viser banekurven for vektorfunktionen æx æ5cos( t) æ3 ç = ç + ç èy èsin( t) è4 hvor t p Banekurven er en ellipse med centrum i ( 34 ) storakse a = 5 = og lilleakse b= = 4 Øvelse Vi vil nu undersge vektorfunktionen æx æacos() t æx ç = ç + ç èy èbsin() t èy hvor t p ved variabelkontrol dvs ved på skift at lade x y a og b variere a) Hold x y og b fast Lad a variere plot en vandret linje igennem ( ) x y aflæs skæringspunkterne med banekurven og aflæs afstanden mellem de to punkter Hvilken betydning har a for banekurvens udseende? b) Hold x y og a fast Lad b variere plot en lodret linje igennem ( ) x y aflæs skæringspunkterne med banekurven og aflæs afstanden mellem de to punkter Hvilken betydning har b for banekurvens udseende? c) Hold x a og b fast Lad y variere plot centrum og aflæs Hvilken betydning har y for banekurvens forlb? d) Hold y a og b fast Lad x variere plot centrum og aflæs Hvilken betydning har x for banekurvens forlb? Øvelse a) Bestem en vektorfunktion for en ellipse med centrum i (- ) storakse på 4 og lilleakse 6 b) Tegn banekurven for ellipsen c) Benyt kurvelængdeformlen til at bestemme ellipsens omkreds Øvelse 3 4 L&R Uddannelse A/S Vognmagergade DK-48 Kbenhavn K Tlf: 43533 Email: info@lrudk

æx æacos() t æx Vis at vektorfunktionen ç = ç + ç èy èbsin() t èy svarer til ligningen ( x-x) (y-y) + = a b Brændpunkter Vi betragter ellipsen med centrum i () og storakse a samt lilleakse b (se figur) Ellipsens brændpunkter F og F er defineret som skæringspunkterne mellem ellipsens storakse og cirklen med centrum P( b) og radius a Afstanden fra koordinatsystemets begyndelsespunkt til brændpunkterne er derfor OF OF a b = = - Dvs brændpunkterne har koordinaterne F (- a - b ) og F ( a - b ) Øvelse 4 Eftervis at OF OF a b = = - Betragter vi i stedet en ellipse med centrum i C( x y ) storakse a og lilleakse b så vil brændpunkterne naturligvis have koordinaterne F( x- a - b y) og F( x+ a - b y) uuur æx svarende til at centrum er parallelforskudt med stedvektoren OC =ç èy Hvis Pxyer ( ) et tilfældigt punkt på ellipsen kaldes linjestykkerne PF og PF brændstrålerne fra P Øvelse 5 a) Bestem F og F for ellipsen i eksempel b) Tegn ellipsen og afsæt et tilfældigt punkt Pxy ( ) på banekurven c) Bestem længden af brændstrålerne fra P d) Undersg ved at variere Pxy ( ) hvad der gælder for afstanden PF + PF Øvelse 6 Vi ser igen på en ellipse med centrum i C( x y ) storakse a og lilleakse b som jo har vektorfunktionen r æacos() t æx st () = ç + ç bsin() t y hvor t p è è 4 L&R Uddannelse A/S Vognmagergade DK-48 Kbenhavn K Tlf: 43533 Email: info@lrudk

Vis at PF + PF = a 3 Excentricitet I forbindelse med ellipser optræder begrebet excentricitet En ellipses excentricitet betegnes e og er defineret ved FF e= hvor F og Øvelse 7 Vis at a F er ellipsens brændpunkter og a er ellipsens halve storakse e = - b a hvor a henholdsvis b er ellipsens halve lilleakse henholdsvis halve storakse Øvelse 8 Undersg excentricitetens betydning for ellipsens udseende idet excentriciteten defineres som en funktion af den halve lilleakse dvs eb ( ) = - b a og a varieres i intervallet b a< 4 Brændstrålernes vinkel med tangenten og anvendelsen heraf i en nyrestensknuser Øvelse 9 Vi ser igen på ellipsen fra eksempel a) Tegn ellipsen og afsæt et tilfældigt punkt Pxy ( ) på banekurven b) Tegn brændstrålerne fra P og tegn tangenten i punktet P c) Bestem ved hjælp af dit geometriprogram vinklen mellem hver af brændstrålerne fra P og tangenten i P (se figur) 4 L&R Uddannelse A/S Vognmagergade DK-48 Kbenhavn K Tlf: 43533 Email: info@lrudk

d) Undersg hvad der gælder om de to vinkler når Pxy ( ) varieres e) Hvad gælder der om en brændstråle der starter i et af brændpunkterne og reflekteres i tangenten? Den egenskab vi opdagede eksperimentelt i velse 9 vil vi nu bevise Egenskaben i velse 9e) udnyttes i de såkaldte nyrestensknusere idet en patient placeres så den nyresten der skal pulveriseres befinder sig i den ene brændpunkt af en ellipsoide (en omdrejningsellipse) mens der i det andet brændpunkt befinder sig en lydkilde der kan udsende ultralyd Når lydblgerne herfra rammer overfladen reflekteres de og samles i det andet brændpunkt Derved opstår en hj koncentration af lydenergi som vil være i stand til at delægge nyrestenen uden noget operativt indgreb Øvelse Vi betragter ellipsen med centrum i () og storakse a samt lilleakse b Vis at ellipsens brændpunkter F og F har koordinaterne F (- e a) og F ( e a) FF (Vink: Udnyt fx formlen e = som kan omskrives til: FF = e a og udnyt ellipsens symmetriegenskab) a Øvelse uur æx æacos() t Betragt et tilfældigt punkt P på ellipsen med stedvektor OP = ç = ç Stedvektoren som funktion èy èbsin() t r af t betegnes rt () r r æ-asin() t a) er retningsvektor for tangenten Vis at = ç è bcos() t b) Kald vinklen mellem brændstrålen FP og tangenten for u og vinklen mellem brændstrålen FP og tangenten for v Bemærk dette er vinkler mellem linjestykker Argumenter ud fra tegningen ovenfor eller ud fra din egen tegning for at vinkel u svarer til vinklen mellem vektorerne PF og og at vinkel v svarer til vinklen mellem vektorerne FP og uuur æ-ea-acos() t uuur æacos() t -ea c) Vis at disse vektorer har koordinaterne: PF =ç og FP =ç è -bsin() t è bsin() t 4 L&R Uddannelse A/S Vognmagergade DK-48 Kbenhavn K Tlf: 43533 Email: info@lrudk

Vi nsker at vise at vinkel u er lig med vinkel v Dette gr vi ved at vise at cos( u) = cos( v) Og i den sidste ligning kan vi udnytte vores viden om sammenhæng mellem skalarprodukt og vinkel: PF F P cos() u= cos(v) = PF F P Vi udnytter nu formlen e a a b = - som vi får fra velse 7 samt formlen ( ) ( t ) gennemfre flgende udregninger: (de farvede udtryk svarer til hinanden argumenter for hvert trin i omskrivningen) uuur PF = -ea- acos( t) + -bsin( t) ( ) ( ) ( ) ( cos() ) cos() ( sin() t ) é ù é ù = e a + a t + ea a t + b ë û ë û ( ) ( a -b ) a ( cos() t ) ea acos() t b -( cos() t ) = + + + ( ) ( ) = a + a cos( t) - b cos( t) + ea acos( t) ( a -b ) ( ) = a + cos( t) + ea aco( s t) + e a ( ) ( a e a ( cos() t ) ) = a = + Konklusion: uuur PF = a+ e a cos() t cos() t + ea acos() t ( ) Øvelse Vis efter samme opskrift flgende: uuur uuur a) ( FP ) = ( a- e a ( cos() t ) ) F P = a- e a cos() t b) PF rt () = ea sin() t ( a+ ea ( cos() t ) ) c) F P ea sin() t a- ea cos() t = ( ( ) ) hvoraf: ( ) cos(t) + sin( ) = til at Øvelse 3 Indsæt nu de fundne udtryk i formlerne for cos( u) og cos( v ) og konkluder at cos( u) = cos( v) hvoraf vi kan slutte at u= v: Brændstrålernes vinkel med tangenten er lige store Derfor vil et signal udsendt fra det ene brændpunkt og reflekteret i overfladen af elipsoiden samme ned i det andet brændpunkt 4 L&R Uddannelse A/S Vognmagergade DK-48 Kbenhavn K Tlf: 43533 Email: info@lrudk