細菌の培養は 5000 個の細胞から始まり、k = 0.18 h⁻¹ として dN/dt = k·N に従って増殖します。細胞数が 25000 個になるのは何時間後 t ですか?
解答つき微分方程式ワークシート
1.やさしい
N0 = 5000k = 0.18 h⁻¹N = 25000
t = h
2.やさしい
放射性トレーサーの半減期は 30 日です。試料には最初 100 mg 含まれています。崩壊は dm/dt = −k·m に従います。2 日後に残っている量 m を求めなさい。
m0 = 100 mgt½ = 30 dt = 2 d
m = mg
3.ふつう
y(0) = 2、y′(0) = 2 として y″ + 4y′ + 4y = 0 を解きなさい。y(1.5) を求めなさい。
y″ + 4y′ + 4y = 0y(0) = 2y′(0) = 2
y(1.5) =
4.ふつう
93 °C のコーヒーを 22 °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 = 0.1 min⁻¹ として、21 分後の温度 T を求めなさい。
T0 = 93 °CTa = 22 °Ck = 0.1 min⁻¹t = 21 min
T = °C
5.むずかしい
タンクに、塩 10 kg を溶かした水が 200 L 入っています。 1 L あたり 0.1 kg の塩を含む塩水が 2 L/min で流入し、よく混ざった溶液が同じ流量で流出します。 40 分後にタンク内にある塩の量 m を求めなさい。
V = 200 Lm0 = 10 kgc = 0.1 kg/Lr = 2 L/min
m = kg
6.むずかしい
系が t ≥ 0 で y″ + 4y′ + 20y = 20 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″ + 4y′ + 20y = 20y(0) = 0y′(0) = 0
y(0.5) =
解答
- 1. t = 8.941 h
- 2. m = 95.48 mg
- 3. y(1.5) = 0.5477
- 4. T = 30.69 °C
- 5. m = 13.3 kg
- 6. y(0.5) = 0.9858
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