Условие: Уравнения колебаний: X
1 = A
1·sin([$969$]
1·t) , X
2 = A
2·cos([$969$]
2·t),
A
1 = 1 см, А
2 = 1 см, [$969$]
1 = 0,5 с
-1, [$969$]
2 = 1 с
-1 .
Вычислить уравнение траектории, построить её с соблюдением масштаба и указать направление движения.
Решение: Заменим временно индекс-содержащие имена переменных на простые и удобные, подставим числовые значения. То есть, максимально упростим формат исходных данных, чтобы не запутаться в процессе решения и не ошибиться. Получаем:
X
1(t) = x(t) , X
2(t) = y(t) . Тогда уравнения наших колебаний:
x(t) = sin(0,5·t) , y(t) = cos(t) .
Чтобы получить уравнение траектории y(x), надо исключить параметр t из параметрически-заданных уравнений. Для этого воспользуемся тригонометрическими формулами
sin
2([$945$]) = [1 - cos(2·[$945$])] / 2 , sin
2([$945$]) = 1 - cos
2([$945$]) .
В нашей задаче [$945$] = 0,5·t [$8658$] 2·[$945$] = t . Возводим первое уравнение колебания в квадрат:
x(t)
2 = sin
2([$945$]) = [1 - cos(2·[$945$])] / 2 = [1 - cos(t)] / 2
Из него следует : 2·x(t)
2 = 1 - cos(t) [$8658$] cos(t) = 1 - 2·x(t)
2Во втором уравнении y(t) = cos(t) заменяем cos(t) на эквивалент 1 - 2·x(t)
2 :
y(t) = 1 - 2·x(t)
2 . Теперь можно избавиться от параметра t :
y = 1 - 2·x
2 - это Уравнение траектории в удобном для восприятия формате.
Возвращаемся к исходно-заданным именам переменных :
X
2(X
1) = 1 - 2·X
12 - искомое уравнение траектории точки. Строим график:
Вы можете строить график любым удобным Вам способом (в тч используя OnLine-решатели).
Я люблю вычислять в популярном приложении
Маткад (ссылка) . Маткад избавляет меня от частых ошибок. Маткад-скриншот с построенным и окультуренным в нём графиком прилагаю. Там же сделана проверка. Я добавил в скрин подробные комментарии зелёным цветом.
Ответ: уравнение траектории : X
2(X
1) = 1 - 2·X
12 .
У этой параболы аргумент изменяется на отрезке X1 = [-1; 1] (тк исходно X1 = sin(…)), множество значений X2 = [-1; 1] .
Направление движения в зависимости от времени я показал стрелочками вдоль кривой траектории.