电脑屏幕上的一个光点沿直线运动并经过定点 AA。在经过 AA 之后 tt 秒内它所运动的距离 dd 米由以下公式给出:
d=t3−6t2+9t for t≥0.d = t^3 - 6t^2 + 9t \text{ for } t \ge 0.

  1. (i)

    求光点在经过 AA 之后 10 秒时的速度和加速度。

  2. (ii)

    求光点瞬时静止时 tt 的值。

  3. (iii)

    求光点在最初 4 秒内运动的总路程。

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完整解法

7(i)

1. Find the expression for velocity by differentiating distance with respect to time

v=dddt=ddt(t3−6t2+9t)v = \frac{dd}{dt} = \frac{d}{dt}(t^3 - 6t^2 + 9t)
v=3t2−12t+9v = 3t^2 - 12t + 9

2. Calculate the speed at t = 10

When t=10t = 10,
v=3(10)2−12(10)+9v = 3(10)^2 - 12(10) + 9
v=300−120+9=189v = 300 - 120 + 9 = 189
Speed is ∣v∣=189 m/s|v| = 189 \text{ m/s}.

3. Find the expression for acceleration by differentiating velocity with respect to time

a=dvdt=ddt(3t2−12t+9)a = \frac{dv}{dt} = \frac{d}{dt}(3t^2 - 12t + 9)
a=6t−12a = 6t - 12

4. Calculate the acceleration at t = 10

When t=10t = 10,
a=6(10)−12a = 6(10) - 12
a=60−12=48 m/s2a = 60 - 12 = 48 \text{ m/s}^2

答案

Speed = 189 m/s189 \text{ m/s}, Acceleration = 48 m/s248 \text{ m/s}^2

7(ii)

1. Find the expression for velocity by differentiating distance with respect to time

v=dddt=3t2−12t+9v = \frac{dd}{dt} = 3t^2 - 12t + 9

2. Set velocity to zero to find when the dot is instantaneously at rest and solve for $t$

3t2−12t+9=03t^2 - 12t + 9 = 0
t2−4t+3=0t^2 - 4t + 3 = 0
(t−1)(t−3)=0(t - 1)(t - 3) = 0
t=1 or t=3t = 1 \text{ or } t = 3

答案

t=1t = 1 or t=3t = 3

7(iii)

1. Identify the times when the dot changes direction (from part ii)

From part (ii), the dot is instantaneously at rest when v=3t2−12t+9=0v = 3t^2 - 12t + 9 = 0, which gives t=1t = 1 and t=3t = 3. The dot changes direction at these times.

2. Calculate the displacement of the dot at $t = 0, 1, 3, 4$

Substitute t=0,1,3,4t = 0, 1, 3, 4 into d=t3−6t2+9td = t^3 - 6t^2 + 9t:
d(0)=0d(0) = 0
d(1)=13−6(1)2+9(1)=4d(1) = 1^3 - 6(1)^2 + 9(1) = 4
d(3)=33−6(3)2+9(3)=0d(3) = 3^3 - 6(3)^2 + 9(3) = 0
d(4)=43−6(4)2+9(4)=4d(4) = 4^3 - 6(4)^2 + 9(4) = 4

3. Calculate the total distance travelled by summing the distances between turning points

Distance from t=0t=0 to t=1t=1: ∣4−0∣=4 m|4 - 0| = 4\text{ m}
Distance from t=1t=1 to t=3t=3: ∣0−4∣=4 m|0 - 4| = 4\text{ m}
Distance from t=3t=3 to t=4t=4: ∣4−0∣=4 m|4 - 0| = 4\text{ m}
Total distance =4+4+4=12 m= 4 + 4 + 4 = 12\text{ m}

答案

12 m12\text{ m}

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