下图展示了一段允许光波通过的塑料光纤电缆。光波的路径可以用三角函数建模。

  1. (a)

    已知电缆的直径为 4 毫米。
    求光波的振幅。

  2. (b)

    此外,已知该光波的周期为 500 纳米。
    求图中所示电缆部分的长度。

  3. (c)

    以下哪一个可以作为该光波的合适模型?

    y=2sin(πx)y = 2 sin(\pi x)

    y=2cos⁡(πx)y = 2\cos(\pi x)

    y=2sin⁡(π250x)y = 2\sin(\frac{\pi}{250}x)

    请解释你的答案。

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完整解法

11(a)

1. Determine the amplitude from the diameter of the cable

Amplitude=Diameter2=42=2 mm\text{Amplitude} = \frac{\text{Diameter}}{2} = \frac{4}{2} = 2 \text{ mm}

答案

22 mm

11(b)

1. Identify the number of cycles in the diagram and calculate the total length

Number of cycles=3\text{Number of cycles} = 3
Length=3×500=1500 nm\text{Length} = 3 \times 500 = 1500\text{ nm}

答案

1500 nm1500\text{ nm}

11(c)

1. Identify the amplitude and y-intercept to eliminate options

From part (a), the amplitude is 22. The graph starts at (0,0)(0,0), so when x=0x=0, y=0y=0.
For y=2cos⁡(πx)y = 2\cos(\pi x), when x=0x=0, y=2cos⁡(0)=2≠0y = 2\cos(0) = 2 \neq 0. Thus, it is not a cosine function.

2. Use the period to determine the coefficient of x

From part (b), the period is 500500 nm.
For a sine function y=asin⁡(bx)y = a\sin(bx), the period is 2πb\frac{2\pi}{b}.
2πb=500  ⟹  b=2π500=π250\frac{2\pi}{b} = 500 \implies b = \frac{2\pi}{500} = \frac{\pi}{250}.

3. Conclude the correct model

Therefore, the suitable model is y=2sin⁡(π250x)y = 2\sin\left(\frac{\pi}{250}x\right).

答案

y=2sin⁡(π250x)y = 2\sin\left(\frac{\pi}{250}x\right)

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