De formules van Simpson

© h.hofstede (h.hofstede@hogeland.nl)

Formules van de Britse wiskundige Thomas Simpson (leefde zo rond 1750).
De formules zijn nuttig omdat ze een manier geven om  optellen en vermenigvuldigen in elkaar om te zetten.
Ze luiden als volgt:

Een mooi bewijs uit het prachtige boek "Proofs Without Words" staat hiernaast.
   
  OPGAVEN
1. Los op in [0, 2π]:
a. cosx + cos(x - 1/3π) = 1/2√3

1/2π en 15/6π

b. sin(x + 4/5π) - sin(x - 1/5π) = √2

19/20π, 119/20π

2. Los op in [0, 2π]:
a. sinx + sin2x = sin11/2x

0, 2/3π, 4/3π, 2π

b. cos3x - cosx = sinx

0, 7/12π, 11/12π, π,
19/12
π, 23/12π, 2π

3. Als β = 1/2π - α dan geeft de eerste formule van Simpson dat:   sinα + cosα = √2 • cos(α - 1/4π)
a. Toon dat aan.
b. Los algebraïsch op in [0, 2π]:   sinx + cosx = 1/2 .  Geef je antwoord in twee decimalen.

1,99 en 5,86

4. Als je neemt  α = x + y  en  β = x - y  dan gaat de tweede formule van Simpson over in:

cosx • cosy = 1/2  (cos(x + y) + cos(x - y))

a. Toon dat aan.
De beroemde Deense astronoom Tycho Brahe gebruikte deze laatste formule om snel (ze hadden in zijn tijd, zo rond 1570, nog geen computers) twee grote getallen met elkaar te vermenigvuldigen.

Stel dat hij moest uitrekenen  154736 •  573247.
Dan deelde hij ze eerste beide door 1000000, dus dat gaf  0,154736 • 0,573247
De eerste noemde hij nu cosx en de tweede cosy
Hij had uitgebreide tabellen voor sinus en cosinus.
b. Leg uit hoe hij met de gegeven formule en zijn cosinustabellen nu  154736 • 573247 kon uitrekenen zonder deze grote getallen te hoeven vermenigvuldigen.
     
c. Bereken op de manier van Brahe hoeveel  23667 • 8534212  is.
5. Examenvraagstuk wiskunde B, VWO, 2005
Op tijdstip t = 0 beginnen de punten P en Q met een eenparige cirkelbeweging.
De bewegingsvergelijkingen zijn:
voor P: en voor Q:
Hierbij is t in seconden en zijn x(t) en y(t) in centimeters.
In de figuur hiernaast staat de beginsituatie op schaal getekend.

Tijdens de beweging wordt Q telkens door P ingehaald.

a. Bereken na hoeveel seconden Q voor het eerst door P wordt ingehaald.

62/3π

Op een bepaald tijdstip heeft P over de cirkel een afstand van 20 cm afgelegd.
b. Teken in de figuur hierboven de plaats van P op dit tijdstip. Licht je werkwijze toe.
Het punt M is het midden van lijnstuk PQ.  De coördinaten van M zijn:

De bewegingsvergelijkingen van  M zijn van de vorm:

c. Geef een formule voor φ  uitgedrukt in t.  Licht je antwoord toe.
         
6. Examenvraagstuk VWO Wiskunde B, 2002
       

  De beweging van een punt in het Oxy vlak wordt voor  0 ≤ t 2π gegeven door:
 
       
  In de figuur hiernaast is de baan van het punt getekend.

De bewegingsvergelijkingen kunnen herleid worden tot:
   
  met  r(t) = 2•cos(6,5t)
         
  a. Toon dit aan.    
         
  Bij het doorlopen van de baan van de figuur hierboven voor  0 ≤ t 2π passeert het punt een aantal keren (0,0).
         
  b. Bereken dit aantal langs algebraïsche weg.
         
7. Examenvraagstuk VWO Wiskunde B, 2012

De functies
f en g zijn gegeven door
f(x
) = sinx en g(x)= sin(x +
1/3π).  
De functie
h is gegeven door h(x) = 1/2 • (f(x) + g(x)).  In de figuur hiernaast zijn de grafieken van f, g en h getekend op het domein [0,2π].

Bereken exacte waarden van a en b zo dat 1/2 • (f(x) + g(x)) te herleiden is tot a • sin(x + b)

       

1/23 en 1/6π

         

© h.hofstede (h.hofstede@hogeland.nl)