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QUESTION 5 [TOTAL MARKS: 7 MARKS] An engineer analyzes the motion of a robot moving along a path where the velocity (in metres per seconds) at time \( t \) (in seconds) is given by \( v(t)=t e^{t^{2}} \). Using the substitution of \( \boldsymbol{u}=\boldsymbol{t}^{2} \), calculate the displacement from 0 second to 1 second. [7 marks]

Ask by Griffin Warner. in Brunei
Mar 22,2025

Solución de inteligencia artificial de Upstudy

Respuesta verificada por el tutor

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The displacement from 0 to 1 second is \( \frac{1}{2}(e - 1) \) meters.

Solución

**Step 1:** Write the expression for displacement as an integral of the velocity: \[ \text{Displacement} = \int_{0}^{1} v(t) \, dt = \int_{0}^{1} t e^{t^2} \, dt. \] **Step 2:** Use the substitution \( u = t^2 \). Compute the differential: \[ \frac{du}{dt} = 2t \quad \Longrightarrow \quad du = 2t\, dt. \] Thus, we have: \[ t\, dt = \frac{du}{2}. \] **Step 3:** Change the limits of integration: - When \( t = 0 \), then \( u = (0)^2 = 0 \). - When \( t = 1 \), then \( u = (1)^2 = 1 \). **Step 4:** Rewrite the integral in terms of \( u \): \[ \int_{0}^{1} t e^{t^2} \, dt = \int_{0}^{1} e^{u} \frac{du}{2} = \frac{1}{2} \int_{0}^{1} e^{u} \, du. \] **Step 5:** Evaluate the integral: \[ \int_{0}^{1} e^{u} \, du = \left. e^{u} \right|_{0}^{1} = e^{1} - e^{0} = e - 1. \] **Step 6:** Multiply by the constant outside the integral: \[ \text{Displacement} = \frac{1}{2} (e - 1). \]

Respondido por UpStudy AI y revisado por un tutor profesional

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Bonus Knowledge

To calculate the displacement from 0 seconds to 1 second, we need to find the integral of the given velocity function \( v(t) = t e^{t^2} \) over the interval from \( t = 0 \) to \( t = 1 \). Using the substitution \( u = t^2 \), we have \( du = 2t \, dt \), or \( dt = \frac{du}{2t} = \frac{du}{2\sqrt{u}} \). When \( t = 0 \), \( u = 0 \) and when \( t = 1 \), \( u = 1 \). The integral becomes: \[ \int_{0}^{1} t e^{t^2} dt = \int_{0}^{1} e^{u} \cdot \frac{du}{2} \] Now calculate: \[ = \frac{1}{2} \int_0^1 e^{u} \, du = \frac{1}{2} \left[ e^{u} \right]_{0}^{1} = \frac{1}{2} \left( e^1 - e^0 \right) = \frac{1}{2} (e - 1) \] Thus, the displacement from 0 seconds to 1 second is: \[ \frac{1}{2} (e - 1) \text{ meters.} \]

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