Question 1:

The direction (slope) field for a certain first order differential equation is shown below.  Which of the following below is the differential equation?

 

Question 2:

Jane is inflating balloons for the Year 12 Formal. Each empty balloon is being inflated so that its volume increases at the rate of 8cm3/s. i Sbow that the radius at any time t is r=6tπ3 ii Find the rate of increase of the surface area after 4 seconds iii The balloon will burst when the surface area reaches 3000cm2. After how many seconds should Jane cease intlation?

Question 3:

Molten plastic at a temperature of 250° C, is poured into a mould to form a car part.  After 20 minutes the  plastic has cooled to 150° C . If the temperature after t minutes,  is T ° C, and the surrounding  temperature is 30° C, then the rate of cooling is given by: dTdt=-k(T-30) where k is constant.  (i) Show that T=30+Ae-kt, where A is a constant, satisfies this equation.   (ii) Show that the value of A is 220° C .   (iii) Find the value of k to 2 decimal places.  (iv) The plastic can be taken out of the mould when the temperature drops below   80° C. How long after the plastic has been poured will this temperature be   reached? Give your answer to the nearest minute.

Question 4:

A particle moves in a straight line so that its acceleration, a,  is given by a=4x The displacement, x, of the particle is initially 1 metre  to the right of the origin with a velocity of -2ms-1 (i) Show that v=-2x ms-1  (ii) Express x as a function of t.  (iii) Hence, find the displacement when t=2 seconds to 3 decimal places.

Question 5:

Water is running out of a filled conical funnel at the rate of 3 1 5cm s . The radius of the funnel is 10 cm and the height is 20 cm:

How fast is the water level dropping when the water is 10 cm deep? (answer in exact form) 

How long does it take for the water to drop to 10 cm deep? 2 (answer to 2 decimal places)

Question 6:

During a soccer tournament, Juan is standing 25m away from the goal line. He kicks a soccer ball off the ground at an angle of 30° to the horizontal with an initial velocity of V m per sec. The ball hits the top bar which is 2.4 m  directly above the goal line. Neglecting air resistance and assuming that acceleration due to gravity is 10 m/s2, find: i) The horizontal and vertical components of displacement of the ball in terms of the initial velocity V. ii) The Cartesian equation of the motion for the path of the ball. iii) The initial velocity of the ball, correct to 1 decimal place. 

Question 7:

On a certain day the depth of water in a harbour is 7 metres at low tide (9:25am) and  1023 metres at high tide (3:40pm). Assume the rise and fall of the surface of the water to be in  simple harmonic motion in the form x¨=-n2x-b where x=b is the centre of motion  and  x=a is the amplitude.   (i) Show that x=b-acosnt satisfies  x¨=-n2x-b (ii) Find the values of a, b and n.   (iii) Hence, find the earliest time before 3:40pm on this day, a boat may safely enter the  harbour if the minimum depth of 912  metres of water is required.

Question 8:

A bullet is fired horizontally with a velocity of 100ms-1 from the top of a tower  105 metres high.  The tower is at the top of a hill, which slopes downwards at an angle  of depression of π4 . The bullet lands at L, on the ground as represented on the diagram below.  (i) Consider B, the base of the tower, as the origin, and using acceleration due to  gravity as 10 ms-1 show that the expressions for the x and y coordinates of the  position of the bullet at time t seconds are x=100t and y=105-5t2  (ii) Show that the equation of the line BL is y=-x    (iii) Find the time taken for the bullet to hit the ground at L.   (iv) Find the distance BL to the nearest metre.

Question 9:

i) The acceleration in ms-2 of an object is given by x¨=2x3+4x. If the object is initially 2m to the right of the origin travelling with velocity 8ms-1, find an expression for v2 (the square of its velocity) in terms of x. ii) What is the minimum speed of the object? Give a reason for your answer.

Question 10:

 

 

 

 

 

 

In an Olympic trial, a shot putter releases the shot from a height of 2.4 metres above ground level at an angle of 40° to the horizental, and with a speed of 12 metres per second. Take the origin O at a point on the ground directly under the point of release of  the shot. (i) Using calulus, show that the position of the shot at time t seconds is given by x=12cos40°t and y=2.4+12sin 40°t-12gt2. (ii) The shot lands at a point A on the ground. Find the length of OA in metres, correct to one decimal place. (take g=9.8).