3.9 Líkön gerð með hlutföllum – Undirbúningur fyrir stærðfræðigreiningu, 2. útgáfa (IS) | Námsgögn
33 Margliðu- og ræð föll
3.9 Líkön gerð með hlutföllum
3.9 Líkön gerð með hlutföllum
Námsmarkmið
Í þessum hluta lærið þið að:
Leysa verkefni um beint hlutfall.
Leysa verkefni um öfugt hlutfall.
Leysa verkefni um sameiginlegt hlutfall.
Bílasali sem selur notaða bíla hefur boðið Nicole, hæfasta umsækjandanum, starf við sölu. Starfinu fylgir 16% söluþóknun. Tekjur hennar ráðast af söluupphæðinni. Ef hún selur til dæmis ökutæki á 4.600 Bandaríkjadali fær hún 736 Bandaríkjadali í þóknun. Þegar hún íhugar tilboðið tekur hún mið af dæmigerðu verði bíla hjá söluaðilanum, markaðnum í heild og því hve marga bíla hún getur með góðu móti búist við að selja. Í þessum hluta skoðum við tengsl á borð við þessi milli tekna, sölu og þóknunarhlutfalls.
Verkefni um beint hlutfall leyst
Í dæminu hér að framan má finna tekjur Nicole með því að margfalda söluupphæðina með þóknunarhlutfallinu. Formúlan segir að tekjur hennar, séu margfeldi þóknunarhlutfallsins 0,16 og söluverðs ökutækisins. Ef við búum til töflu sjáum við að tekjurnar hækka þegar söluverðið hækkar, eins og vænta má. Sjá töflu 1.
s, söluverð
e = 0.16 s
Túlkun
$4,600
e = 0.16 ( 4,600 ) = 736
Sala ökutækis á 4.600 Bandaríkjadali skilar 736 Bandaríkjadölum í tekjur.
$9,200
e = 0.16 ( 9,200 ) = 1,472
Sala ökutækis á 9.200 Bandaríkjadali skilar 1.472 Bandaríkjadölum í tekjur.
$18,400
e = 0.16 ( 18,400 ) = 2,944
Sala ökutækis á 18.400 Bandaríkjadali skilar 2.944 Bandaríkjadölum í tekjur.
Takið eftir að tekjurnar eru margfeldi sölunnar. Þegar salan eykst aukast tekjurnar með fyrirsjáanlegum hætti. Ef söluverð ökutækisins tvöfaldast úr 4.600 í 9.200 Bandaríkjadali tvöfaldast tekjurnar úr 736 í 1.472 Bandaríkjadali. Þegar inntakið eykst eykst úttakið sem margfeldi af inntakinu. Tengsl þar sem ein stærð fæst með því að margfalda aðra stærð með föstum stuðli kallast beint hlutfall. Hvor breyta í slíkum tengslum er í beinu hlutfalli við hina.
Mynd 1 sýnir gögnin um mögulegar tekjur Nicole. Við segjum að tekjurnar séu í beinu hlutfalli við söluverð bílsins. Formúlan lýsir beinu hlutfalli við veldi inntaksins. Gildið er fasti, ekki núll, og kallast hlutfallsstuðull. Hér er og
Dæmi 1
Verkefni um beint hlutfall leyst
Stærðin er í beinu hlutfalli við þriðja veldi Ef þegar finnið þá þegar er 6.
Lausn
Almenna formúlan fyrir beint hlutfall við þriðja veldi er Hlutfallsstuðullinn fæst með því að deila með þriðja veldi
Notið nú hlutfallsstuðulinn til að rita jöfnu sem lýsir þessum tengslum.
Setjið inn í jöfnuna og leysið fyrir
Greining
Graf þessarar jöfnu er einfalt þriðja stigs graf, eins og sýnt er á mynd 2.
Mynd 2. Mynd 2
Verkefni um öfugt hlutfall leyst
Í þessu dæmi gerum við ráð fyrir að hitastig sjávar í Fahrenheit-gráðum sé í öfugu hlutfalli við dýpið á tilteknu dýptarbili. Á 250 til 500 feta dýpi gefur formúlan hitastigið í Fahrenheit-gráðum á tilteknu dýpi í fetum undir yfirborði jarðar. Lítum á Atlantshafið, sem þekur 22% af yfirborði jarðar. Á tilteknum stað getur hitastigið á 500 feta dýpi verið 28°F.
Ef við búum til töflu 2 sjáum við að hitastig vatnsins lækkar þegar dýpið eykst.
d , dýpi
T = 14,000/d
Túlkun
500 fet
14,000/500 = 28
Á 500 feta dýpi er hitastig vatnsins 28°F.
350 fet
14,000/350 = 40
Á 350 feta dýpi er hitastig vatnsins 40°F.
250 fet
14,000/250 = 56
Á 250 feta dýpi er hitastig vatnsins 56°F.
Í þessu líkani minnkar önnur stærðin þegar hin eykst og margfeldi stærðanna helst fast. Stærðirnar eru sagðar vera í öfugu hlutfalli og hvor þeirra er í öfugu hlutfalli við hina. Slík tengsl kallast einnig öfugt hlutfall.
Í dæminu okkar sýnir mynd 3öfuga hlutfallið. Hitastig vatnsins í Fahrenheit-gráðum er í öfugu hlutfalli við dýpið í þessu líkani vegna þess að margfeldi hitastigs og dýpis er fast. Formúlan fyrir öfugt hlutfall notar hér
Mynd 3. Graf líkansins um öfugt hlutfall hitastigs og dýpis. Dýpið er mælt í fetum og hitastigið í Fahrenheit-gráðum.
Dæmi 2
Formúla fyrir öfugt hlutfall rituð
Ferðamaður hyggst aka 100 mílur. Finnið formúlu fyrir ferðatímann sem fall af aksturshraðanum.
Lausn
Munið að margfeldi hraða og tíma gefur vegalengd. Látum vera aksturstímann í klukkustundum og hraðann sem ferðamaðurinn ekur á. Þá er Vegalengdin er föst, 100 mílur, og því er Þegar þessi jafna er leyst fyrir tímann fæst fallið sem leitað er að.
Við sjáum að hlutfallsstuðullinn er 100. Þótt rita megi tengslin með neikvæðum veldisvísi er algengara að rita þau með broti.
Dæmi 3
Verkefni um öfugt hlutfall leyst
Stærðin er í öfugu hlutfalli við þriðja veldi Ef þegar finnið þá þegar er 6.
Lausn
Almenna formúlan fyrir öfugt hlutfall við þriðja veldi er Hlutfallsstuðullinn fæst með því að margfalda með þriðja veldi
Nú notum við hlutfallsstuðulinn til að rita jöfnu sem lýsir þessum tengslum.
Setjið inn í jöfnuna og leysið fyrir
Greining
Graf þessarar jöfnu er graf ræðs falls, eins og sýnt er á mynd 4.
Mynd 4. Mynd 4
Verkefni um sameiginlegt hlutfall leyst
Margar aðstæður eru flóknari en einfalt líkan með beinu eða öfugu hlutfalli. Ein breyta er oft háð fleiri en einni annarri breytu. Þegar breyta er háð margfeldi eða kvóta tveggja eða fleiri breyta kallast það sameiginlegt hlutfall. Til dæmis er kostnaður við akstur nemenda í hverri skólaferð háður bæði fjölda nemenda sem fara og fjarlægðinni frá skólanum. Breytan sem táknar kostnað, er í sameiginlegu hlutfalli við fjölda nemenda, og fjarlægðina,
Dæmi 4
Verkefni um sameiginlegt hlutfall leyst
Stærðin er í beinu hlutfalli við annað veldi og öfugu hlutfalli við teningsrót Ef þegar
og finnið þá þegar og
Lausn
Byrjið á að rita jöfnu sem sýnir tengsl breytanna.
Setjið og inn í jöfnuna til að finna gildi hlutfallsstuðulsins
Nú getum við sett gildi hlutfallsstuðulsins inn í jöfnuna fyrir tengslin.
Til að finna þegar og setjum við gildi og inn í jöfnuna.
3.9 Æfingar
Hugtakaspurningar
1.
Hvað einkennir útlit grafa sem sýna beint hlutfall milli tveggja breyta?
2.
Hvernig lítur jafna út sem lýsir tengslum tveggja breyta sem eru í öfugu hlutfalli?
3.
Eru takmörk fyrir því hve margar breytur geta verið í sameiginlegu hlutfalli? Útskýrið.
Algebruverkefni
Ritið jöfnu sem lýsir tengslum gefnu breytanna í eftirfarandi verkefnum.
4.
er í beinu hlutfalli við . Gefin eru gildin
5.
er í beinu hlutfalli við annað veldi . Gefin eru gildin
6.
er í beinu hlutfalli við kvaðratrót . Gefin eru gildin
7.
er í beinu hlutfalli við þriðja veldi . Gefin eru gildin
8.
er í beinu hlutfalli við teningsrót . Gefin eru gildin
9.
er í beinu hlutfalli við fjórða veldi . Gefin eru gildin
10.
er í öfugu hlutfalli við . Gefin eru gildin
11.
er í öfugu hlutfalli við annað veldi . Gefin eru gildin
12.
er í öfugu hlutfalli við þriðja veldi . Gefin eru gildin
13.
er í öfugu hlutfalli við fjórða veldi . Gefin eru gildin
14.
er í öfugu hlutfalli við kvaðratrót . Gefin eru gildin
15.
er í öfugu hlutfalli við teningsrót . Gefin eru gildin
16.
er í sameiginlegu hlutfalli við og . Þegar og er
17.
er í sameiginlegu hlutfalli við , og . Þegar , og er
18.
er í sameiginlegu hlutfalli við annað veldi og annað veldi . Þegar og er
19.
er í sameiginlegu hlutfalli við og kvaðratrót . Þegar og er
20.
er í sameiginlegu hlutfalli við annað veldi , þriðja veldi og kvaðratrót Þegar , og
21.
er í sameiginlegu hlutfalli við og og öfugu hlutfalli við Þegar , og er
22.
er í sameiginlegu hlutfalli við annað veldi og kvaðratrót og öfugu hlutfalli við þriðja veldi Þegar
23.
er í sameiginlegu hlutfalli við og og öfugu hlutfalli við kvaðratrót og annað veldi Þegar , og er
Töluleg verkefni
Notið gefnar upplýsingar til að finna óþekkta gildið í eftirfarandi verkefnum.
24.
er í beinu hlutfalli við . Þegar þá er . Finnið þegar
25.
er í beinu hlutfalli við annað veldi . Þegar þá er . Finnið þegar .
26.
er í beinu hlutfalli við þriðja veldi . Þegar þá er . Finnið þegar .
27.
er í beinu hlutfalli við kvaðratrót Þegar þá er . Finnið .
28.
er í beinu hlutfalli við teningsrót Þegar þá er . Finnið þegar .
29.
er í öfugu hlutfalli við Þegar þá er . Finnið þegar .
30.
er í öfugu hlutfalli við annað veldi . Þegar þá er . Finnið þegar .
31.
er í öfugu hlutfalli við þriðja veldi Þegar þá er . Finnið þegar .
32.
er í öfugu hlutfalli við kvaðratrót Þegar þá er Finnið þegar
33.
er í öfugu hlutfalli við teningsrót Þegar þá er Finnið þegar
34.
er í sameiginlegu hlutfalli við Þegar og þá er Finnið þegar og
35.
er í sameiginlegu hlutfalli við Þegar og þá er Finnið þegar og
36.
er í sameiginlegu hlutfalli við og annað veldi Þegar og þá er Finnið þegar og
37.
er í sameiginlegu hlutfalli við annað veldi og kvaðratrót Þegar og þá er Finnið þegar og
38.
er í sameiginlegu hlutfalli við og og öfugu hlutfalli við Þegar og þá er Finnið þegar , og
39.
er í sameiginlegu hlutfalli við annað veldi og þriðja veldi og öfugu hlutfalli við kvaðratrót Þegar og þá er Finnið þegar og
40.
er í sameiginlegu hlutfalli við annað veldi og annað veldi og öfugu hlutfalli við kvaðratrót og kvaðratrót Þegar og þá er Finnið þegar og
Tækni
Notið reiknivél til að teikna graf jöfnunnar sem gefin hlutfallstengsl fela í sér í eftirfarandi verkefnum.
41.
er í beinu hlutfalli við annað veldi . Gefin eru gildin
42.
er í beinu hlutfalli við þriðja veldi . Gefin eru gildin
43.
er í beinu hlutfalli við kvaðratrót . Gefin eru gildin
44.
er í öfugu hlutfalli við . Gefin eru gildin
45.
er í öfugu hlutfalli við annað veldi . Gefin eru gildin
Viðbótarverkefni
Notið lögmál Keplers í eftirfarandi verkefnum. Samkvæmt því er annað veldi tímans, sem reikistjarna þarf til að ganga umhverfis sólina í beinu hlutfalli við þriðja veldi meðalfjarlægðarinnar, frá reikistjörnunni til sólarinnar.
46.
Notið umferðartíma jarðar, 1 ár, og meðalfjarlægðina 93 milljónir mílna til að finna jöfnu sem tengir
og
47.
Notið niðurstöðu fyrra verkefnis til að finna hve langan tíma Mars þarf til að ganga umhverfis sólina ef meðalfjarlægð hans er 142 milljónir mílna.
48.
Notið fjarlægð jarðar, 150 milljónir kílómetra, til að finna jöfnu sem tengir
og
49.
Notið niðurstöðu fyrra verkefnis til að finna hve langan tíma Venus þarf til að ganga umhverfis sólina ef meðalfjarlægð hennar er 108 milljónir kílómetra.
50.
Notið fjarlægð jarðar, 1 stjarnfræðieiningu (SE), til að finna hve langan tíma Satúrnus þarf til að ganga umhverfis sólina ef meðalfjarlægð hans er 9,54 SE.
Raunhæf viðfangsefni
Notið gefnar upplýsingar til að svara spurningunum í eftirfarandi verkefnum.
51.
Vegalengdin við fall hlutar er í beinu hlutfalli við annað veldi falltímans . Ef hlutur fellur 16 fet á einni sekúndu, hve lengi er hann að falla 144 fet?
52.
Hraði fallandi hlutar er í beinu hlutfalli við falltímann og ef hraði hlutarins eftir 2 sekúndur er 64 fet á sekúndu, hver er hraðinn eftir 5 sekúndur?
53.
Titringstíðni strengs við fasta spennu er í öfugu hlutfalli við lengd strengsins. Ef strengur er 24 tommur á lengd og titrar 128 sinnum á sekúndu, hve langur er strengur sem titrar 64 sinnum á sekúndu?
54.
Rúmmál gass við fast hitastig er í öfugu hlutfalli við þrýsting gassins. Ef rúmmálið er 1.200 rúmsentímetrar þegar þrýstingurinn er 200 millímetrar kvikasilfurs, hvert er rúmmálið þegar þrýstingurinn er 300 millímetrar kvikasilfurs?
55.
Þyngd hlutar yfir yfirborði jarðar er í öfugu hlutfalli við annað veldi fjarlægðarinnar frá miðju jarðar. Ef hlutur vegur 50 pund í 3.960 mílna fjarlægð frá miðju jarðar, hvað vegur hann í 3.970 mílna fjarlægð?
56.
Birta á fleti, mæld í fetkertum (e. foot-candles), er í öfugu hlutfalli við annað veldi fjarlægðarinnar frá ljósgjafanum í þessu líkani. Gerum ráð fyrir að birtan sé 0,08 fetkerti í 3 metra fjarlægð frá peru. Finnið birtuna í 8 metra fjarlægð.
57.
Rafstraumur í rafrás er í öfugu hlutfalli við viðnám hennar, mælt í ómum. Þegar straumurinn er 40 amper er viðnámið 10 óm. Finnið strauminn þegar viðnámið er 12 óm.
58.
Kraftur vinds á sléttan flöt er í sameiginlegu hlutfalli við annað veldi vindhraðans og flatarmál flatarins. Ef flatarmálið er 40 ferfet og vindhraðinn 20 mílur á klukkustund er krafturinn 15 pund. Finnið kraftinn á 65 ferfeta flöt við 30 mílna vindhraða á klukkustund.
59.
Afl í hestöflum (hp) sem öxull getur flutt á öruggan hátt er í sameiginlegu hlutfalli við snúningshraða hans (í snúningum á mínútu, rpm) og þriðja veldi þvermálsins. Ef öxull úr tilteknu efni, 3 tommur í þvermál, getur flutt 45 hp við 100 rpm, hvert þarf þvermálið að vera til að flytja 60 hp við 150 rpm?
60.
Hreyfiorka hlutar á hreyfingu er í sameiginlegu hlutfalli við massa hans og annað veldi hraðans Ef hlutur með massann 40 kílógrömm og hraðann 15 metra á sekúndu hefur hreyfiorkuna 1.000 júl, finnið hreyfiorkuna ef hraðinn eykst í 20 metra á sekúndu. Athugasemd: Tölugildi frumtextans samræmast ekki eðlisfræðiformúlunni K = ½mv2; samkvæmt henni væri upphaflega hreyfiorkan 4.500 júl. Leysið verkefnið sem hlutfallsdæmi með gefnu upphafsgildi, 1.000 júl, og óbreyttum massa.