在特定的一天中,某个浅水港的水深 hh 米可以通过公式 h=7+2sin⁡(π6t)h = 7 + 2\sin\left(\frac{\pi}{6}t\right) 来建模,其中 tt 是午夜过后的小时数。

  1. (a)

    给出 hh 的周期。

  2. (b)

    利用该模型预测水深达到最低的时刻。

  3. (c)

    一艘补给船于上午 5:30 停靠该港口,工人需在其停靠后立即花费 3 小时卸载货物。为了安全离开港口,补给船要求水深至少为 5.6 米。

    确定补给船可以离开港口的最早时间(精确到分钟)。

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完整解法

5(a)

1. Calculate the period using the coefficient of $t$

Period=2ππ6=12\text{Period} = \frac{2\pi}{\frac{\pi}{6}} = 12

答案

12 hours

5(b)

1. Identify the condition for the minimum depth

The depth h=7+2sin⁡(π6t)h = 7 + 2\sin\left(\frac{\pi}{6}t\right) is at its lowest when sin⁡(π6t)=−1\sin\left(\frac{\pi}{6}t\right) = -1.

2. Solve for $t$

π6t=3π2\frac{\pi}{6}t = \frac{3\pi}{2}
t=3π2×6π=9t = \frac{3\pi}{2} \times \frac{6}{\pi} = 9

3. Convert $t$ to a time of day

t=9t = 9 corresponds to 9 hours after midnight, which is 0900 or 9.00 am.

答案

0900

5(c)

1. Determine the time when unloading finishes.

The boat docks at 5.30 am and takes 3 hours to unload.
Unloading finishes at 8.30 am, which corresponds to t=8.5t = 8.5.

2. Set up the equation for the required depth.

We need h⩾5.6h \geqslant 5.6.
7+2sin⁡(π6t)=5.67 + 2\sin\left(\frac{\pi}{6}t\right) = 5.6
2sin⁡(π6t)=−1.42\sin\left(\frac{\pi}{6}t\right) = -1.4
sin⁡(π6t)=−0.7\sin\left(\frac{\pi}{6}t\right) = -0.7

3. Solve for the basic angle and find the relevant value of $t$.

Basic angle α=sin⁡−1(0.7)≈0.7754\alpha = \sin^{-1}(0.7) \approx 0.7754 rad.
Since sin⁡(π6t)\sin\left(\frac{\pi}{6}t\right) is negative, π6t\frac{\pi}{6}t is in the 3rd or 4th quadrant.
For the 3rd quadrant: π6t=π+0.7754  ⟹  t≈7.48\frac{\pi}{6}t = \pi + 0.7754 \implies t \approx 7.48 (which is before 8.5, so rejected).
For the 4th quadrant: π6t=2π−0.7754≈5.5078\frac{\pi}{6}t = 2\pi - 0.7754 \approx 5.5078
t=6π×5.5078≈10.519t = \frac{6}{\pi} \times 5.5078 \approx 10.519

4. Convert the time to hours and minutes.

t=10.519t = 10.519 hours corresponds to 10 hours and 0.519×60≈31.140.519 \times 60 \approx 31.14 minutes.
To the nearest minute, the time is 10:31 am.

答案

10:31 am

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