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18.如圖1,一根長l(單位:cm)的線,一端固定,另一端懸掛一個小球,小球擺動時,離開平衡位置的位移s(單位:cm)與時間t(單位:s)的函數(shù)關(guān)系是:s=3cos($\sqrt{\frac{g}{l}}$t+$\frac{π}{3}$),t∈[0,+∞),(其中g(shù)≈1000cm/s2);

(1)當(dāng)t=0時,小球離開平衡位置的位移s是多少cm?
(2)若l=40cm,小球每1s能往復(fù)擺動多少次?要使小球擺動的周期是1s,則線的長度應(yīng)該調(diào)整為多少cm?
(3)某同學(xué)在觀察小球擺動時,用照相機(jī)隨機(jī)記錄了小球的位置,他共拍攝了300張照片,并且想估算出大約有多少張照片滿足小球離開平衡位置的距離(位移的絕對值)比t=0時小球離開平衡位置的距離小.為了解決這個問題,他通過分析,將上述函數(shù)化簡為f(x)=3cos(x+$\frac{π}{3}$),x∈[0,2π).請幫他在圖2中畫出y=f(x)的圖象并解決上述問題.

分析 (1)利用函數(shù)解析式求解即可.
(2)求出函數(shù)的周期,然后求解即可.
(3)畫出函數(shù)的圖象,利用已知條件通過概率轉(zhuǎn)化求解即可.

解答 解:(1)小球擺動時,離開平衡位置的位移s(單位:cm)與時間t(單位:s)的函數(shù)關(guān)系是:
s=3cos($\sqrt{\frac{g}{l}}$t+$\frac{π}{3}$),t∈[0,+∞),當(dāng)t=0時,s=3cos$\frac{π}{3}$=$\frac{3}{2}$,
即小球離開平衡位置的位移s是$\frac{3}{2}cm$;
(2)周期$T=\frac{2π}{\sqrt{\frac{g}{l}}}$=2$π\(zhòng)sqrt{\frac{l}{g}}$=$2π\(zhòng)sqrt{\frac{40}{1000}}$=$\frac{2π}{5}$,所以頻率$f=\frac{1}{T}=\frac{5}{2π}$,即小球每1s能往復(fù)擺動$\frac{5}{2π}$次.
要使小球擺動的周期是1s,即$T=2π\(zhòng)sqrt{\frac{l}{g}}=2π\(zhòng)sqrt{\frac{l}{1000}}=1$,
解得$l=\frac{250}{π^2}$,即線的長度應(yīng)該調(diào)整為$\frac{250}{π^2}cm$.
(3)$f(x)=3cos(x+\frac{π}{3}),x∈[0,2π)$的圖象,

由題意可知,設(shè)事件A=“小球離開平衡位置的距離(位移的絕對值)比t=0時小球離開平衡位置的距離小”,只需$|3cos(x+\frac{π}{3})|≤\frac{3}{2}$,解得$0≤x≤\frac{π}{3}$或$π≤x≤\frac{4π}{3}$,由幾何概型可知,$P(A)=\frac{{(\frac{π}{3}-0)+(\frac{4π}{3}-π)}}{2π}=\frac{1}{3}$,所以估計符合條件的大約有$300×\frac{1}{3}=100$張.

點評 本題考查三角函數(shù)的化簡求值,三角函數(shù)的圖象的應(yīng)用,概率的求法,考查計算能力.

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