Az ablakos problémához



Hasonló dokumentumok
A DÖNTÉS SORÁN FENNAKADT FÁK MOZGATÁSA

Egy kétszeresen aszimmetrikus kontytető főbb geometriai adatainak meghatározásáról

Ady Endre Líceum Nagyvárad XII.C. Matematika Informatika szak ÉRINTVE A GÖRBÉT. Készítette: Szigeti Zsolt. Felkészítő tanár: Báthori Éva.

A csavarvonalról és a csavarmenetről

A 2011/2012. tanévi FIZIKA Országos Középiskolai Tanulmányi Verseny első fordulójának feladatai és megoldásai fizikából. I.

Tető nem állandó hajlású szarufákkal

2. előadás: További gömbi fogalmak

Egy forgáskúp metszéséről. Egy forgáskúpot az 1. ábra szerint helyeztünk el egy ( OXYZ ) derékszögű koordináta - rendszerben.

Bolyai János Matematikai Társulat

2. Interpolációs görbetervezés

Méréstechnika 5. Galla Jánosné 2014

Miskolci Egyetem GÉPÉSZMÉRNÖKI ÉS INFORMATIKAI KAR. Analízis I. példatár. (kidolgozott megoldásokkal) elektronikus feladatgyűjtemény

MATEMATIKA JAVÍTÁSI-ÉRTÉKELÉSI ÚTMUTATÓ

E E E W. Előszó. Kifejtés

PRÓBAÉRETTSÉGI MATEMATIKA május-június SZÓBELI EMELT SZINT. Tanulói példány. Vizsgafejlesztő Központ

MATEMATIKA 9. osztály Segédanyag 4 óra/hét

Egy másik érdekes feladat. A feladat

Élesmenetű csavar egyensúlya másként

A.11. Nyomott rudak. A Bevezetés

Fiók ferde betolása. A hűtőszekrényünk ajtajának és kihúzott fiókjának érintkezése ihlette az alábbi feladatot. Ehhez tekintsük az 1. ábrát!

5. Trigonometria. 2 cos 40 cos 20 sin 20. BC kifejezés pontos értéke?

MATEMATIKA JAVÍTÁSI-ÉRTÉKELÉSI ÚTMUTATÓ

Vetülettani és térképészeti alapismeretek

MATEMATIKA JAVÍTÁSI-ÉRTÉKELÉSI ÚTMUTATÓ

2. OPTIKA 2.1. Elmélet Geometriai optika

VI.11. TORONY-HÁZ-TETŐ. A feladatsor jellemzői

MATEMATIKA JAVÍTÁSI-ÉRTÉKELÉSI ÚTMUTATÓ

A lineáris programozás 1 A geometriai megoldás

Első sorozat (2000. május 22. du.) 1. Oldjamegavalós számok halmazán a. cos x + sin2 x cos x. +sinx +sin2x =

Kosztolányi József Kovács István Pintér Klára Urbán János Vincze István. tankönyv. Mozaik Kiadó Szeged, 2013

Forogj! Az [ 1 ] munkában találtunk egy feladatot, ami beindította a HD - készítési folyamatokat. Eredményei alább olvashatók. 1.

TERMELÉSMENEDZSMENT. Gyakorlati segédlet a műszaki menedzser szak hallgatói számára. Összeállította: Dr. Vermes Pál főiskolai tanár 2006.

Számítógépes geometria (mester kurzus)

Statisztika I. 6. előadás. Előadó: Dr. Ertsey Imre

Matematika POKLICNA MATURA

Elektromágneses hullámok - Hullámoptika

MATEMATIKA JAVÍTÁSI-ÉRTÉKELÉSI ÚTMUTATÓ

Mikrohullámok vizsgálata. x o

MATEMATIKA ÉRETTSÉGI október 25. EMELT SZINT I.

Analízis. Ha f(x) monoton nő [a;b]-n, és difható egy (a;b)-beli c helyen, akkor f'(c) 0

Pontszerű test, pontrendszer és merev test egyensúlya és mozgása (Vázlat)

MATEMATIKA GYAKORLÓ FELADATGYŰJTEMÉNY

MATEMATIKA ÍRÁSBELI ÉRETTSÉGI-FELVÉTELI FELADATOK május 19. du. JAVÍTÁSI ÚTMUTATÓ

Tűgörgős csapágy szöghiba érzékenységének vizsgálata I.

Síkbeli csuklós rúdnégyszög egyensúlya

Analízisfeladat-gyűjtemény IV.

Lineáris programozás. Modellalkotás Grafikus megoldás Feladattípusok Szimplex módszer

Természetes számok: a legegyszerűbb halmazok elemeinek. halmazokat alkothatunk, ezek elemszámai természetes 3+2=5

9. modul Szinusz- és koszinusztétel. Készítette: Csákvári Ágnes

Grafika. Egyváltozós függvény grafikonja

NEMLINEÁRIS REZGÉSEK A KÖZÉPISKOLAI OKTATÁSBAN TEACHING NON-LINEAR OSCILLATIONS IN SECONDARY SCHOOL

Ellipszis átszelése. 1. ábra

5. gyakorlat. Lineáris leképezések. Tekintsük azt a valós függvényt, amely minden számhoz hozzárendeli az ötszörösét!

Azonosító jel: MATEMATIKA EMELT SZINTŰ ÍRÁSBELI VIZSGA október 25. 8:00. Az írásbeli vizsga időtartama: 240 perc

MUNKAANYAG. Szabó László. Szilárdságtan. A követelménymodul megnevezése:

Befordulás sarkon bútorral

Tanmenetjavaslat a 6. osztályos matematika kísérleti tankönyvhöz

Abszolútértékes egyenlôtlenségek

Analízis előadás és gyakorlat vázlat

MATEMATIKA ÉRETTSÉGI október 18. EMELT SZINT I.

MATEMATIKA JAVÍTÁSI-ÉRTÉKELÉSI ÚTMUTATÓ

Egy emelt szintű érettségi feladat kapcsán Ábrahám Gábor, Szeged

VALÓS SZÁMOK MEGKÖZELÍTÉSE TÖRTEKKEL

A szállítócsigák néhány elméleti kérdése

Komputer statisztika gyakorlatok

NYUGAT-MAGYARORSZÁGI EGYETEM Faipari Mérnöki Kar. Mőszaki Mechanika és Tartószerkezetek Intézet. Dr. Hajdu Endre egyetemi docens MECHANIKA I.

2) = 0 ahol x 1 és x 2 az ax 2 + bx + c = 0 ( a,b, c R és a 0 )

Elsôfokú egyenletek, egyenletrendszerek, egyenlôtlenségek

MATEMATIKA JAVÍTÁSI-ÉRTÉKELÉSI ÚTMUTATÓ

MIKROÖKONÓMIA I. B. Készítette: K hegyi Gergely, Horn Dániel és Major Klára. Szakmai felel s: K hegyi Gergely június

9. ÉVFOLYAM. Tájékozottság a racionális számkörben. Az azonosságok ismerete és alkalmazásuk. Számok abszolútértéke, normál alakja.

Készítette:

MATEMATIKA JAVÍTÁSI-ÉRTÉKELÉSI ÚTMUTATÓ

Minta 1. MATEMATIKA KÖZÉPSZINTŰ ÍRÁSBELI FELADATSOR. I. rész

Egy gyakorlati szélsőérték - feladat. 1. ábra forrása: [ 1 ]

Az aperturaantennák és méréstechnikájuk

Az alap- és a képfelület fogalma, megadási módjai és tulajdonságai

5.10. Exponenciális egyenletek A logaritmus függvény Logaritmusos egyenletek A szinusz függvény

A Cassini - görbékről

MATEMATIKA ÉRETTSÉGI október 21. KÖZÉPSZINT I.

Oktatási segédlet. Acél- és alumínium-szerkezetek hegesztett kapcsolatainak méretezése fáradásra. Dr. Jármai Károly.

Alak- és helyzettűrések

Optika feladatok (szemelvények a 333 Furfangos Feladat Fizikából könyvből)

Az egyenlőtlenség mindkét oldalát szorozzuk meg 4 16-al:

Két körhenger általánosabban ( Alkalmazzuk a vektoralgebrát! ) 1. ábra

MATEMATIKA Kiss Árpád Országos Közoktatási Szolgáltató Intézmény Vizsgafejlesztő Központ

4. modul Poliéderek felszíne, térfogata

Feladatok a koordináta-geometria, egyenesek témaköréhez 11. osztály, középszint

Három dimenziós barlangtérkép elkészítésének matematikai problémái

Méréssel kapcsolt 3. számpélda

23. ISMERKEDÉS A MŰVELETI ERŐSÍTŐKKEL

1. ZÁRTTÉRI TŰZ SZELLŐZETÉSI LEHETŐSÉGEI

MATEMATIKA TAGOZAT 5-8. BEVEZETŐ. 5. évfolyam

SCHERMANN ZSOLT TDK DOLGOZAT

A rögzített tengely körül forgó testek kiegyensúlyozottságáról kezdőknek

Matematika emelt szintû érettségi témakörök Összeállította: Kovácsné Németh Sarolta (gimnáziumi tanár)

Keresztezett pálcák II.

Scherlein Márta Dr. Hajdu Sándor Köves Gabriella Novák Lászlóné MATEMATIKA 1. MÓDSZERTANI AJÁNLÁSOK MÁSODIK FÉLÉV

Felügyelet nélküli, távtáplált erősítő állomások tartályainak általánosított tömítettségvizsgálati módszerei

Brósch Zoltán (Debreceni Egyetem Kossuth Lajos Gyakorló Gimnáziuma) Számelmélet I.

Átírás:

1 Az ablakos problémához A Hajdu Endre által felvetett, egy ablak akadályoztatott kinyitásával kapcsolatos probléma a következő. Helyezzünk el egy d oldalhosszúságú, álló, négyzet alapú egyenes hasábot egy m mélységű ablakmélyedésben úgy, hogy a felülnézeti négyzet középpontja a káva szélén ( az x tengelyen ) legyen, miközben a négyzet A csúcsa, illetve egy oldala érintkezzen a mélyedés falával ( az y tengellyel )! Ezután mozgassuk el a hasábot, úgy, hogy az ablak e egyenesének az α nyitási szöge a lehető legnagyobb legyen! 1. ábra A négyzet középpontjának a hasáb súlypontja vetületének azért kell az x ten - gelyen maradnia, mert ha kijjebb kerül, akkor a hasáb leesik, ha meg beljebb van, akkor pedig a lehetségesnél kisebb lesz / lehet a nyitási szög. Az itteni vizsgálódás egy kicsit más irányt vesz, mint az eredeti [ 1 ]. Először is felírjuk az α nyitási szög meghatározására szolgáló egyenleteket. Ehhez tekintsük az 1. ábrát is! Itt azt látjuk, hogy a 0 indexes kezdeti helyzetben a négyzet / a hasáb nekisimul a falnak / az y tengelynek, így az ablak α 0 szöggel nyit - ható kék négyzet. Ezután a négyzetet elmozdítjuk az x tengely mentén úgy, hogy S súlypontjának elmozdulása δs, majd egy φ szöggel el is forgatjuk, hogy az A csúcs az y tengelyen maradjon piros négyzet. Ekkor az ablak síkjának felülnézetét ábrázoló e egyenes α szögére felírható a következő egyenlet:

, 2, ( 1 ) ahol x B és y B a B négyzetcsúcs koordinátái. Utóbbiakra kapjuk, hogy = cos45 + cos45 +; ( 2 ) = sin45 +. ( ) Most ( 1 ), ( 2 ) és ( ) - mal: tehát:!"#$% &' *!"#$% &' ()!$% '& ()!$% &'=, ()!$% '&()!$% &' *!"#$% &'. ( 4 ) ()!$% '&()!$% &' Most kifejtjük a szögfüggvényeket: sin45 +=sin45 cos+cos45 sin = - cos+sin, 2 cos45 =cos45 cos+sin45 sin = - cos+sin, 0 ( 5 ) cos45 +=cos45 cos sin45 sin = - cos sin. / 01 Majd ( 4 ) és ( 5 ) - tel: tehát: * ()!'&!"#' ()!'&!"#'& ()!'!"#'= * ()!'&!"#' * = ()!'&!"#', ()!' ()!' ()!' - 1+tg. ( 6 ) Áttérve az inverz függvényre, és az értelmezési tartományt kijelölve:,5 =arctg8-1+tg9, ()!' < ( 7 ) 0 45. A ( 7 ) képlet által leírt összefüggés a pozitív forgatás esetét jellemzi. Ábrázoljuk a ( 7 ) függvény grafikonját, különböző m értékekre 2. ábra!

50 45 40 alfa ( fok ) f(x)=atan(1/(2*cos(x))-1/2*(1+tan(x))) f(x)=atan(1/(sqrt(2)*cos(x))-1/2*(1+tan(x))) f(x)=atan(1/(cos(x))-1/2*(1+tan(x))) f(x)=atan(sqrt(2)/(cos(x))-1/2*(1+tan(x))) f(x)=atan(1.207106781/(cos(x))-1/2*(1+tan(x))) f(x)=atan((1/12)/(cos(x))-1/2*(1+tan(x))) 5 0 m = d / 2, ( piros ) m = d / 2, ( kék ) m = d, ( fekete ) m = 1 / 12 d, ( türkizkék ) m = d / [2(2-1 )], ( bordó ) m = 2 d. ( zöld ) 25 20 15 10 5-65 -60-55 -50-45 -40-5 -0-25 -20-15 -10-5 5 10 15 20 25 0 5 40 45 50 55 60 65 70 75 80 85 90 95 100 fi ( fok ) -5-10 -15-20 -25-0 -5-40 2. / 1. ábra 105 100 alfa ( fok ) f(x)=atan(5/(cos(x))-1/2*(1+tan(x))) f(x)=atan(50/(cos(x))-1/2*(1+tan(x))) f(x)=atan(500/(cos(x))-1/2*(1+tan(x))) f(x)=atan(2.5/(cos(x))-1/2*(1+tan(x))) f(x)=atan(2/(cos(x))-1/2*(1+tan(x))) 95 90 85 80 75 70 m = 2 d, ( lila ) m = 2,5 d, ( zöld ) m = 5 d, ( piros ) m = 50 d, ( kék ) m = 500 d. ( fekete ) 65 60 55 50 2. / 2. ábra

4 A lényeges látnivalók: ~ m = d / 2 esetén nincs pozitív ablaknyitási szög, azaz az egyoldalra nyíló ablak zárva marad; ~ m = d / 2 esetén 45 - os elforgatási szögnél az ablak bezárul; ~ efölötti m - értékeknél, pl. m = d esetén az ablak már végig nyitható; ~ a nyitási szög maximuma először az elforgatásmentes alaphelyzetben tapasztalható; ~ = > =?-@ esetén a kezdő és a véghelyzet egyaránt maximális nyitási szöget ad; ~ ennél nagyobb m - értékekre a végső helyzetben lesz a nyitási szög maximális; ~ m / d esetén α 90, egyre kevésbé függve a φ elforgatási szögtől. Ezek szerint a nyitásában akadályoztatott, egyoldalra nyíló ablak működési tartományai a pozitív forgatás esetében így alakulnak: I. == : az ablak zárva marad. II. <=< : az ablak nyitható, úgy, hogy?-@ B.) a maximális ablaknyitási szög =0 - nál van, C.) == - nél és =45 - nál az ablak bezárul. III. = > = IV. => V.?-@ esetén az ablaknyitási szög =0 és =45 elforgatási szögnél veszi fel két, egymással megegyező legnagyobb értékét.?-@ esetén az ablaknyitási szög =45 elforgatási szögnél veszi fel a legnagyobb értékét. esetén 5 90. Az említett m h határ - mélység képletének levezetése így alakul: ~ az 5 ablaknyitási szög tangense =0 - nál, ( 7 ) szerint: tg5=0 = - ; ( 8 / 1 ) ~ az 5 ablaknyitási szög tangense =45 - nál, ( 7 ) szerint: tg5=45 =2 1 ; ( 8 / 2 ) ~ e két nyitási szög egyenlősége esetén: tg5=0 =tg5 =45, ( 8 / ) majd ( 8 / 1 ), ( 8 / 2 ), ( 8 / ) - mal: = > = = &- I =1,207106781 I. ( 8 )?-@

, 5 Még további, az 1. ábrán szereplő mennyiségek képletét is felírjuk: M N =, M = ( 9 ) cos45.o Ezekkel: PM=M M N = cos45 = 8cos45-9, tehát: PM= 8cos45-9. ( 10 ) Továbbá ( 7 ) és ( 8 ) - cal: P5 =5 N 5 =arctgq - R arctg8 ()!' - 1+tg9, tehát: P5=arctgQ - R arctg8-1+tg9. ( 11 ) ()!'. Egy másik lehetséges esetet mutat a. ábra, melyet a negatív forgatás kifejezéssel írunk le.. ábra

6 E forgatás és eltolás eredményeként az ablak egyenese egybeesik a négyzet egyik oldalával. Ennek során kiindulunk az ( 1 ) képletből, amihez itt a. ábra szerint: = + cos45, ( 12 ) ()!' = sin45. ( 1 ) Most ( 1 ), ( 12 ) és ( 1 ) - mal: Figyelembe véve a =!"#$% ' STUV & ()!$% '. ( 14 ) sin45 =sin45 cos cos45 sin= -, cos sin, cos45 =cos45 cos+sin45 sin = - ( 15 ) cos+sino képleteket is, ( 14 ) - ből kapjuk, hogy ()!'!"#' tehát: STUV & ()!'!"#' ()!'&!"#'= STUV & ()!'&!"#' = * ()!'!"#', * ()!'!"#'. ( 16 ) &()!'&!"#' STUV Ismét a. ábra alapján írhatjuk, hogy == WX + XY, ( 17 ) majd pedig WX=, tg, ()!' XY =. O ( 18 ) ()!' Most ( 17 ) és ( 18 ) - cal: == 1+tg. ( 19 ) ()!'

7 Majd ( 16 ) és ( 19 ) - cel: STUV -&Z['()!'!"#'. ( 20 ) Azonos átalakításokkal: STUV & U\]V STU V ()!'!"#' = tovább alakítva: ()!' Q majd: STU V -R&!"#' Q STU V &-R, ()!' Z[ '&!"#' &Z[ ' vagyis: tg, STUV^U\]V STU V ()!'!"#', = Z[ '&Z[' &Z[ ' -&Z[ '&-&Z[' =tg Z['&&Z[ ' &Z[ '&Z[' =tg, innen: α =. ( 21 ) A ( 21 ) összefüggést közvetlenül leolvashatjuk a. ábráról. A hozzá vezető számítást azért részleteztük, hogy lássuk, működnek - e a képleteink. A ( 21 ) egyenlet szerint elegendő meghatározni a feladat paramétereinek megfelelő φ 1 szögértéket. Ehhez a ( 19 ) képletből indulunk ki: ábrázoljuk azt 4. ábra. Ehhez bevezettük az =, = jelöléseket, amikkel a ( 19 ) képlet átírva az alakot ölti. E függvény képét a 4. ábrán piros színű folytonos vonallal = -&Z[ ()! húztuk ki értelmezési tartományában. Majd a. ábra méreteivel: m = 6,5 cm, d = 6,0 cm, így az ábrázoláshoz y = 1 / 6. A piros grafikont elmetszettük az y 1 = 1 / 6 egyenletű vízszintes egyenessel, amely az x 1 = 6, 5490766 eredményt szolgáltatta. Ez jól egyezik a. ábráról lemérhető α 7 eredménnyel. Most nézzük meg, hogy milyen m* - érték tartozik az x 2 = 45 - os határhoz! A Graph szoftver szolgáltatásával: y 2 = 2,8284, majd ehhez m* = d / 2 y 2 = 8,4852 cm káva - mélység tartozik 5. ábra.

8 0 y f(x)=(1/cos(x))*(1+tan(x)) f(x)=1/6 r(t)=6.5490766/cos(t) f(x)=(1/cos(x))*(1+tan(x)) 25 20 Adat: y 1 = 1 / 6 ; Eredmény: x 1 = 6, 5490766. 15 10 Adat: x 2 = 45 ; Eredmény: y 2 = 2,8284. 5-5 5 10 15 20 25 0 5 40 45 50 55 60 65 70 75 80 85 90 x ( fok ) -5-10 -15 4. ábra 5. ábra

9 Az 5. ábra arra is figyelmeztet, hogy a valóságban nem mellékes az ablak, illetve az ablak - káva szélessége sem; ugyanis megeshet, hogy a rövid ablakszárny lecsúszik a hasáb B csúcsáról. Ekkor persze még jobban kitárható. Megjegyzések: M1. A ( 9 ) ~ ( 11 ) képleteknek a negatív forgatás esetére vonatkozó megfelelőit az Olvasó már saját maga is felírhatja. M2. A 6. ábrán kinagyítottuk a 4. ábra kezdetét. Innen már leolvasható, hogy y = 1 - től, azaz m = d / 2 - től indul a piros vonal..2 y f(x)=(1/cos(x))*(1+tan(x)) f(x)=1/6 r(t)=6.5490766/cos(t) f(x)=(1/cos(x))*(1+tan(x)) 2.8 2.6 2.4 2.2 2 1.8 1.6 1.4 1.2 1 0.8 0.6 0.4 0.2 x ( fok ) -2-1.8-1.6-1.4-1.2-1 -0.8-0.6-0.4-0.2 0.2 0.4 0.6 0.8 1 1.2 1.4 1.6 1.8 2 2.2 2.4 2.6 2.8.2.4.6.8 4 4.2 4.4 4.6 4.8 5 5.2 5.4-0.2-0.4-0.6-0.8 6. ábra M. Érdekessége miatt határozzuk meg a fenti m / d = 6,5 / 6 = 1 / 12, vagyis az m = 1 / 12 d értékre is a pozitív forgatással adódó maximális ablaknyitási szöget! A 2. / 1. ábra türkizkék grafikonjáról a Graph szolgáltatásával leolvasható, hogy ekkor az ablaknyitási szög maximuma φ = 0 - nál lép fel, és α max + = 0,2564. Ugyanehhez az m / d paraméterhez negatív forgatás esetén a 4. ábra szerint a φ max = α max - = 6,549 eredmény tartozik.

10 Eszerint az m / d = 1 / 12 paraméter - érték választása esetén a negatív forgatással kapjuk a legnagyobb ablaknyitási szöget. M4. Az ábrák és képletek egy része lényegében megegyezik az [ 1 ] - ben látottakkal. Az itteniek a kifejtés jellegében mások. M5. A tárgyalt ablakos feladat lényeges mondanivalói az alábbiak. ~ Az ÉLET a mindennapi tevékenységeink során is ellát minket geometriai, illetve matematikai feladványokkal, csak észre kell venni és meg kell oldani azokat. Esetünkben hasonló volt a helyzet, amikor egy bútor sarkon való befordulásának, vagy egy íves ajtó íves falkávában való elakadásának esetét vizsgáltuk meg. ~ Most is megfontolásra javasolható, hogy a belső és külső építészek tárgyelhelyezési optimalizálási feladataikhoz vegyék igénybe a matematika segítségét is. Ennek megvalósítását jelentősen segítik a már régóta meglevő, akár ingyenesen is megszerezhető szoftverek. Esetünkben ilyen a Graph, melynek alkalmazásával rengeteg és alig szemléletes számítást spóroltunk meg. Összefoglalás A fenti, Hajdu Endrétől származó ablaknyitási probléma megoldása során jórészt a forrásra támaszkodva igyekeztünk megtalálni a maximális ablaknyitási szögeket eredményező eseteket, helyzeteket. Ennek érdekében felírtuk az alapegyenleteket a pozitív és a negatív forgatás esetére is. A grafikus kiértékelés során az adódott, hogy egy rögzített, véges nagyságú m / d paraméter esetében az ablaknyitási szög maxi - mumainak száma a pozitív forgatás esetében 1 vagy 2 lehet; utóbbi esetben a két maximum értéke egymással megegyezik; a negatív forgatás esetében 1 lehet. A maximumok nagyságát legkönnyebben grafikus úton állapíthatjuk meg, a szemlélet alapján. A pozitív és a negatív forgatás eredményeinek összehasonlításával állapít - ható meg a lehető legnagyobb ablaknyitási szöget eredményező helyzet, valamint a hozzá tartozó nyitási szög is. A meglepően bonyolultnak mondható feladat konkrét gyakorlati jelentőséggel is bír.

11 Forrás: [ 1 ] Hajdu Endre: EGY ABLAK - GEOMETRIAI PROBLÉMA Kézirat, Sopron, 2014. április Sződliget, 2014. 04. 2. Összeállította: Galgóczi Gyula mérnöktanár