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Trigonometría

Movimiento Sinusoidal de la Noria

Una noria con un diámetro de 60 pies y un centro a 35 pies sobre el suelo completa una rotación cada 120 segundos. Modela la altura del pasajero con una función coseno negativa transformada, luego resuelve para encontrar cuánto tiempo el pasajero permanece por encima de 50 pies por rotación.

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Problem

A Ferris wheel has a diameter of 6060 feet, a center 3535 feet above the ground, and a period of 120120 seconds; the rider starts at the bottom at t=0t=0, and the task is to model the height with a transformed negative cosine function and find how long the rider is above 5050 feet each rotation.

Step 1: Build the height function

The radius is half the diameter, so the amplitude is 3030 feet. Since one revolution takes 120120 seconds, the cosine coefficient is

b=2π120=π60.b = \frac{2\pi}{120} = \frac{\pi}{60}.

The vertical shift is the center height, 3535, and because the rider starts at the minimum height, the model uses negative cosine:

h(t)=30cos(πt60)+35.h(t) = -30\cos\left(\frac{\pi t}{60}\right) + 35.

Step 2: Set up the height condition

To find when the rider is above 5050 feet, solve

30cos(πt60)+35>50.-30\cos\left(\frac{\pi t}{60}\right) + 35 > 50.

Subtracting 3535 gives

30cos(πt60)>15.-30\cos\left(\frac{\pi t}{60}\right) > 15.

Dividing by 30-30 flips the inequality:

cos(πt60)<12.\cos\left(\frac{\pi t}{60}\right) < -\frac{1}{2}.

Step 3: Find the time interval above 5050 feet

Cosine is less than 12-\frac{1}{2} when the angle is between 2π3\frac{2\pi}{3} and 4π3\frac{4\pi}{3}, so

2π3<πt60<4π3.\frac{2\pi}{3} < \frac{\pi t}{60} < \frac{4\pi}{3}.

Multiplying through by 60π\frac{60}{\pi} gives

40<t<80.40 < t < 80.

So the rider is above 5050 feet for

8040=4080 - 40 = 40

seconds during each rotation.

Answer

The height function is h(t)=30cos(πt60)+35h(t) = -30\cos\left(\frac{\pi t}{60}\right) + 35, and the rider stays above 5050 feet for 4040 seconds per rotation.

Conceptos

Sinusoidal Modeling

Using sine or cosine functions to model periodic real-world phenomena such as temperature cycles, tides, and circular motion. Determine the amplitude, period, phase shift, and midline from the data.

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