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Trigonometria

Movimento Sinusoidale della Ruota Panoramica

Una ruota panoramica con un diametro di 60 piedi e un centro a 35 piedi sopra il suolo completa una rotazione ogni 120 secondi. Modella l'altezza del passeggero con una funzione coseno negativa trasformata, quindi risolvi per trovare quanto tempo il passeggero rimane sopra i 50 piedi per rotazione.

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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.

Concetti

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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