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Trigonométrie

Mouvement Sinusoïdal de la Grande Roue

Une grande roue de 60 pieds de diamètre et dont le centre est à 35 pieds au-dessus du sol effectue une rotation complète toutes les 120 secondes. Modélisez la hauteur du passager avec une fonction cosinus négatif transformée, puis résolvez pour déterminer combien de temps le passager reste au-dessus de 50 pieds par rotation.

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Ce contenu fait partie de la bibliothèque d'apprentissage ouvert Mathos AI. Conçu pour aider les étudiants à visualiser et comprendre les problèmes mathématiques complexes.

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.

Concepts

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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