Eindexamen wiskunde B vwo 2019, tijdvak 2: vragen en antwoorden

De functie f wordt gegeven door f ( x) = x( x

• 3) 2 + 2 . Op de grafiek van f ligt het punt P. Verder is gegeven het punt A (7, 0) . Zie de figuur.

De lengte van lijnstuk AP hangt af van de positie van P. In de figuur is P zó gekozen dat de lengte van lijnstuk AP minimaal is.

figuur y

f

P

A O x

De beweging van een punt P wordt beschreven door de volgende bewegingsvergelijkingen: x(t ) = cos(2t )

• sin(2t ) met 0 ≤ t ≤ 2π y (t ) = sin(2t )
• sin(t )

Op verschillende tijdstippen figuur 1 bevindt P zich op de x-as. Op y een van die tijdstippen bevindt P zich links van de y-as. Zie figuur 1, waarin de positie van P op dit tijdstip is aangegeven.

P O x

Op de tijdstippen t = 0 en t = π figuur 2 bevindt P zich in hetzelfde punt. y Dit punt is met een stip aangegeven in figuur 2. Ook zijn de snelheidsvector van P op tijdstip t = 0 en de snelheidsvector van P op tijdstip t = π aangegeven.

P O x

De functie f wordt gegeven door: f ( x) = x

• 2 · ( 12 x + 2 ) + 1

De grafiek van f heeft een knik in het punt A. Dit punt verdeelt de grafiek in twee delen. De lijn l is de raaklijn in A aan het linkerdeel van de grafiek. Zie de figuur.

figuur y

f

A O x

l

In de metaalindustrie worden met een boormachine gaten in harde materialen geboord. Zie de foto. foto

De levensduur van een boor is afhankelijk van de (snij)snelheid: dit is de snelheid waarmee de buitenkant van de boor door het metaal snijdt. Bij een hoge snelheid zal de boor snel slijten waardoor de levensduur kort is.

Rond 1900 stelde F.W. Taylor het volgende verband vast: V ·T m = C Hierin is:

V de (snij)snelheid van de boor (in meter per minuut (m/min)) (V ligt vaak tussen de 5 en 150 m/min),

T de levensduur (in minuten),

m een constante die afhangt van het materiaal waarvan de boor is gemaakt,

C een constante die afhangt van het materiaal waarin wordt geboord.

De waarden van m en C worden experimenteel bepaald. De resultaten van een meting in een bepaalde situatie zijn:

• Bij een snelheid van 20 m/min is de levensduur 116 minuten.
• Bij een snelheid van 30 m/min is de levensduur 40 minuten.

In een fabriek boort één boormachine 24 uur per dag dezelfde soort gaten. Het is belangrijk de snelheid van de boor goed in te stellen: een hoge snelheid betekent dat het boren van een gat minder tijd kost. Maar daar staat tegenover dat de boor sneller vervangen moet worden. Men wil berekenen bij welke snelheid V het aantal geboorde gaten A per

24 uur maximaal is.

Om A uit te kunnen drukken in V doen we de volgende aannames: a Het aantal gaten N dat in één minuut geboord kan worden, is recht evenredig met de snelheid V van de boor. Bij een snelheid van

20 m/min boort deze boor 6 gaten in één minuut. b Met behulp van de formule van Taylor is te berekenen na hoeveel minuten boren de boor vervangen moet worden. Voor het boorproces in deze fabriek geldt C = 150 en m = 0, 25 , dus V · T 0,25 = 150 . c Het vervangen van een boor kost telkens 2 minuten. De boormachine is dus maar een deel van de tijd bezig met boren. Voor dit deel d geldt: d = TT+ 2 d Voor het aantal geboorde gaten A per 24 uur geldt: A = 1440 · N · d

Met de aannames a, b, c en d kun je voor A de volgende formule opstellen: 432V A= 2 4 ·V 4 + 1 150

In de figuur is de grafiek van A weergegeven voor 5 ≤ V ≤ 150 .

figuur

30 000 A

20 000

10 000

O 50 100 150 V

Uit de grafiek blijkt dat er een snelheid is waarbij het aantal geboorde gaten per 24 uur maximaal is.

De functie f met domein [0, π] wordt gegeven door f ( x ) = 2sin( x ) .

We bekijken het gebied dat begrensd wordt door de grafiek van f, de x-as, de lijn met vergelijking x = p en de lijn met vergelijking x = π

• p . Hierin is

0 < p < 12 π . In figuur 1 is dit gebied grijs. De oppervlakte van het gebied is A( p ) .

[figuur 1: zie het originele examen] y 2 f

1

O p π−p π x

Er geldt: A( p ) = 4cos( p ) .

De lijn met vergelijking x = p snijdt de grafiek van f in het punt P. De lijn met vergelijking x = π

• p snijdt de grafiek van f in het punt Q. De horizontale lijn door P en Q verdeelt het grijze gebied in twee delen. Het deel boven deze lijn is V, het deel onder deze lijn is W. Zie figuur 2.

[figuur 2: zie het originele examen] y 2 f V P Q

1 W

O p π−p π x

Er is één waarde van p waarvoor de oppervlakten van V en W aan elkaar gelijk zijn.

De functie f wordt gegeven door: e 2 x

• 1000 f ( x) = e x
• 10 De grafiek van f heeft een horizontale asymptoot en een verticale asymptoot. In de figuur is de grafiek van f met de beide asymptoten weergegeven. De twee asymptoten snijden elkaar in het punt B. Het punt A is het snijpunt van de horizontale asymptoot en de y-as. Het punt C is het snijpunt van de horizontale asymptoot en de grafiek van f.

figuur y

f

A B C

O x

Wind heeft een richting en een snelheid. Daarom kan wind als een vector worden weergegeven. In de figuren bij deze opgave wordt een wind met een snelheid van 1 m/s weergegeven als een vector van 1 cm.

Op een warme zomerdag worden aan de kust de windrichting en de windsnelheid door twee processen bepaald:

• de luchtstroming van een gebied met hoge luchtdruk naar een gebied ρ met lage luchtdruk: dit is wind wd .
• de luchtstroming die ontstaat doordat de temperatuur boven zee ρ anders is dan boven land: dit is wind wz . We gaan er in deze opgave van uit dat deze wind loodrecht op de kustlijn staat en richting het land waait. ρ In figuur 1 is een voorbeeldsituatie getekend waarbij wind wd in westelijke richting waait.

[figuur 1: zie het originele examen] N

W O jn stli

Z zee ku

land

wd O

wz zee wr land

ρ De resulterende wind wr is de wind zoals die wordt ervaren door iemand ρ ρ ρ die zich aan de kust in punt O bevindt. Er geldt: wr = wz + wd .

Op de uitwerkbijlage is een deel van een kust getekend. Er geldt: ρ

• De wind wz waait met een snelheid van 4 m/s landinwaarts. ρ
• De wind wd waait met een snelheid van 6 m/s. ρ
• De resulterende wind wr waait evenwijdig met de kustlijn.

Op basis van bovenstaande drie gegevens zijn er twee mogelijkheden ρ voor wd . ρ

Op een plek langs de Nederlandse kust (in figuur 2 het punt O) maakt de kustlijn een hoek van 30° met het noorden. Op zekere dag waait de ρ wind wd met een snelheid van 5 m/s in zuidwestelijke richting. De ρ wind wz heeft een snelheid van 3 m/s en staat loodrecht op de kustlijn. In figuur 2 zijn de lijn noord-zuid en de lijn oost-west de assen van het ρ assenstelsel. De lijn door O waar vector wd op ligt, is gestippeld getekend; die maakt dus een hoek van 45° met het noorden. Figuur 2 staat ook op de uitwerkbijlage.

[figuur 2: zie het originele examen] N

W O

n tlij Z

kus 45º zee 30º

90º O

wz wd

wr land

De functies f en g worden gegeven door:

f ( x) = log ( x ) en ( ) g ( x) = log x x

• 1 De lijn met vergelijking y = q snijdt de grafiek van f in het punt A en de grafiek van g in het punt B. Zie figuur 1.

[figuur 1: zie het originele examen] y

y=q A B

O x f g

Er zijn waarden van q waarvoor A links van B ligt en de lengte van lijnstuk AB gelijk is aan 3.

Het snijpunt van de twee grafieken ligt bij x = 10 . Gegeven is p > 10 . De lijn met vergelijking x = p ligt dan rechts van het snijpunt van de twee grafieken. De lijn met vergelijking x = p snijdt de grafiek van f in het punt C, de grafiek van g in het punt D en de x-as in het punt E. Doordat p > 10 , ligt D boven C. Zie figuur 2.

[figuur 2: zie het originele examen] y

x=p

D

C

O 10 E x f g

De verhouding tussen de lengte van lijnstuk CD en de lengte van lijnstuk CE hangt af van p. Er geldt: CD 2log( p )

• 2 = CE log( p )

CD

CD Als p onbegrensd toeneemt, nadert de verhouding tot een CE grenswaarde.

Gegeven is de parabool met vergelijking y = x 2 en een punt M (0, r ) op de positieve y-as. We bekijken de cirkel met middelpunt M en straal r. Het punt O (0, 0) ligt op deze cirkel en op de gegeven parabool.

Afhankelijk van de waarde van r hebben de cirkel en de parabool één gemeenschappelijk punt of drie gemeenschappelijke punten. In figuur 1 is de situatie met r = 20

9 getekend, waarbij er één

gemeenschappelijk punt is. In figuur 2 is de situatie met r = 1 getekend, met drie gemeenschappelijke punten.

figuur 1 r = 20

9 figuur 2 r =1

y y

M M

O x x O

In de rest van deze opgave gaan we uit van de situatie waarin de cirkel en de parabool alleen punt O gemeenschappelijk hebben.

De lijn k gaat door M en is evenwijdig aan de x-as. V is het gebied rechts van de y-as dat wordt ingesloten door de cirkel, de parabool en lijn k. In figuur 3 is dit gebied lichtgrijs gemaakt. W is het gebied rechts van de y-as dat wordt ingesloten door de cirkel, de y-as en lijn k. In figuur 3 is dit gebied donkergrijs gemaakt.

[figuur 3: zie het originele examen] y

M k

W V

O x

Wanneer de cirkel wordt gewenteld om de y-as, ontstaat een bol met inhoud 43 πr 3 .

De gebieden V en W worden gewenteld om de y-as. Er is een waarde van r waarvoor de inhoud van de omwentelingslichamen van V en W aan elkaar gelijk zijn.