ばね・質量・ダンパ系が y″ + 0.6y′ + 9y = 0 で表されます。y″ + 2ζωny′ + ωn²y = 0 と比べて、減衰比 ζ を求めなさい。
解答つき微分方程式ワークシート
1.やさしい
y″ + 0.6y′ + 9y = 0
ζ =
2.やさしい
放射性トレーサーの半減期は 21 日です。試料には最初 20 mg 含まれています。崩壊は dm/dt = −k·m に従います。26 日後に残っている量 m を求めなさい。
m0 = 20 mgt½ = 21 dt = 26 d
m = mg
3.ふつう
4 °C の缶ジュースを冷蔵庫から 29 °C の部屋に出します。 26 分後の温度は 27 °C です。 温度はニュートンの冷却法則 dT/dt = −k·(T − Tₐ) に従います。 定数 k を min⁻¹ で求めなさい。
T0 = 4 °CTa = 29 °CT(26) = 27 °C
k = min⁻¹
4.ふつう
83 °C のコーヒーを 19 °C の部屋に置いておきます。 温度はニュートンの冷却法則 dT/dt = −k·(T − Tₐ) に従います。 k = 0.05 min⁻¹ として、17 分後の温度 T を求めなさい。
T0 = 83 °CTa = 19 °Ck = 0.05 min⁻¹t = 17 min
T = °C
5.むずかしい
y′ + 2y = 8e−3t、y(0) = 0 を解きなさい。y(1) を求めなさい。
y′ + 2y = 8e−3ty(0) = 0
y(1) =
6.むずかしい
系が t ≥ 0 で y″ + 3y′ + 6.25y = 6.25 に従い、静止状態 y(0) = 0、y′(0) = 0 から始まります。y(0.5) を求めなさい。角度はラジアンとします。
y″ + 3y′ + 6.25y = 6.25y(0) = 0y′(0) = 0
y(0.5) =
解答
- 1. ζ = 0.1
- 2. m = 8.479 mg
- 3. k = 0.09714 min⁻¹
- 4. T = 46.35 °C
- 5. y(1) = 0.6844
- 6. y(0.5) = 0.4467
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