Tìm $\varphi$

GS.Xoăn

Trần Văn Quân
Bài toán
Một vật thực hiện đồng thời ba dao động điều hòa cùng phương, cùng tần số có phương trình lần lượt là:
$x_1 = 2\sqrt{3} \cos \left(ωt− \dfrac{\pi }{3}\right),x_2 = \left(A + 2\right) \cos \left(ωt−φ\right)$
$x_3 = A_3 \cos \left(ωt− \dfrac{5\pi }{6}\right)$. Thay đổi $A_3$ đến các giá trị $A$ và $\left(A + 4\right)$ thì thấy biên độ dao động tổng hợp không thay đổi và bằng A. Tại thời điểm ban đầu, khi $A_3 = A$ thì vật qua vị trí $x_0 = A \cos φ$ theo chiều dương còn khi $A_3 = \left(A + 4\right)$ thì độ lớn vận tốc của vật cực đại. Biết rằng $|φ| <\dfrac{\pi }{2}$. Tìm $\varphi$
A. $\dfrac{\pi }{6}$
B. $-\dfrac{\pi }{4}$
C. $-\dfrac{\pi }{6}$
D. $\dfrac{\pi }{3}$
(Trích đề thi thử diễn đàn vatliphothong.vn 2014)
 
Lần chỉnh sửa cuối bởi 1 quản trị viên:
Lời giải
Ta khai thác hai giả thiết tại thời điểm ban đầu trước:
Khi $A_3=A$, vật đang có li độ $x_0=A\cos \varphi$ theo chiều dương
$\Rightarrow \sqrt{3}+\left(A+2\right)\cos \varphi -A\dfrac{\sqrt{3}}{2}=A\cos \varphi$
$\Rightarrow \cos \varphi =A\dfrac{\sqrt{3}}{4}-\dfrac{\sqrt{3}}{2}$
Khi $A_3=A+4$, vật có tốc độ cực đại, nghĩa là đang có li độ $x_0=0$
$\Rightarrow \sqrt{3}+\left(A+2\right)\cos \varphi -\left(A+4\right)\dfrac{\sqrt{3}}{2}=0$
$\Rightarrow A^2-2A-8=0 \Rightarrow A=4 \Rightarrow \cos \varphi=\dfrac{\sqrt{3}}{2}$
$\Rightarrow \varphi=\pm \dfrac{\pi }{6}$
Xét khi $A_3=A=4$:
$\varphi =-\dfrac{\pi }{6}$ thì $A_{th}=\sqrt{76}\neq A$ (loại).
$\varphi =\dfrac{\pi }{6}$ thì $A_{th}=4=A \Rightarrow$ (nhận).
Chọn A.
 
Lời giải
Cách làm chủ quan của tôi
$x_{1}=2\sqrt{3}\sin \left(\omega .t+\dfrac{\pi }{6}\right)$
$x_{2}=\left(A+2\right)\sin \left(\omega .t+\dfrac{\pi }{2}-\varphi \right)$
$x_{3}=A_{3}\sin \left(\omega .t-\dfrac{\pi }{3}\right)$
Sử dụng số phức ta có:
$x_{1}^{*}+x_{2}^{*}+x_{3}^{*}$=3+(A+2)$\sin \varphi $+$\dfrac{A_{3}}{2}$+($\sqrt{3}$+(A+2)$\cos \varphi $-$\dfrac{A_{3}\sqrt{3}}{2}$j nên
A=$\sqrt{\left(3+\left(A+2\right)\sin \varphi +\dfrac{A_{3}}{2}\right)^{2}+\left(\sqrt{3}+\left(A+2\right)\cos \varphi -\dfrac{A_{3}\sqrt{3}}{2}\right)^{2}}$ suy ra
$A_{3}^{2}+2\left(A+2\right)\sin \left(\varphi -\dfrac{\pi }{3}\right).A_{3}+16+4A+\left(A+2\right)\sin \left(\varphi +\dfrac{\pi }{6}\right)=0$
Áp dụng Viet suy ra $A+A+4=-2\left(A+2\right)\sin \left(\varphi -\dfrac{\pi }{3}\right)$ suy ra
$\varphi =-\dfrac{\pi }{6}$ suy ra $A\left(A+4\right)=4A+16$ suy ra $A=4$. Không cần sử dụng 2 dữ kiện cuối.
 
Lần chỉnh sửa cuối bởi 1 quản trị viên:
Bài này mình đọc không hiếu đề xem các bạn giải cũng hiểu thêm được 1 ít mà cái đoạn tổng hợp A mình không biết.>:D<:Do_O
Cái này là kiến thức cộng số phức. Mà em chưa học cái này. Thấy trong sách thầy Biên cũng có công thức, em chưa học nên làm theo cách anh zkdcxoan thấy ổn hơn :look_down:
 

Quảng cáo

Back
Top