細菌の培養は 1000 個の細胞から始まり、k = 0.17 h⁻¹ として dN/dt = k·N に従って増殖します。16 h 後の細胞数 N 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
N0 = 1000k = 0.17 h⁻¹t = 16 h
N =
2.やさしい
放射性トレーサーの半減期は 16 日です。試料には最初 200 mg 含まれています。崩壊は dm/dt = −k·m に従います。52 日後に残っている量 m を求めなさい。
m0 = 200 mgt½ = 16 dt = 52 d
m = mg
3.ふつう
380 °C の鍛造鋼部品を 22 °C の作業場に置いて冷まします。 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、28 分後の温度 T を求めなさい。
T0 = 380 °CTa = 22 °Ck = 0.05 min⁻¹t = 28 min
T = °C
4.ふつう
400 °C の鍛造鋼部品を 23 °C の作業場に置いて冷まします。 11 分後の温度は 326 °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。 開始から 378 °C に達するまでの時間 t を求めなさい。
T0 = 400 °CTa = 23 °CT(11) = 326 °CT = 378 °C
t = min
5.むずかしい
x > 0 で初期値問題 y′ + y/x = 4、y(1) = −1 を解きなさい。y(3) を求めなさい。
y′ + y/x = 4y(1) = −1
y(3) =
6.むずかしい
系が t ≥ 0 で y″ + y′ + 25.25y = 25.25 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″ + y′ + 25.25y = 25.25y(0) = 0y′(0) = 0
y(0.5) =
解答
- 1. N = 15180
- 2. m = 21.02 mg
- 3. T = 110.3 °C
- 4. t = 3.027 min
- 5. y(3) = 5
- 6. y(0.5) = 1.577
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