다음 함수들이 주어진 미분방정식의 해임을 확인하세요.
은 의 해이다
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Verify that the following functions are solutions to the given differential equation.
solves
원본 교재에 이 문제의 정답은 실려 있지 않습니다.
한 번 더 — 비슷한 문제 풀기OpenStax 2권 · 4.1절 · 23번문제 은행 · 미적분 · 대학 미적분 · 미분방정식
미분방정식의 계수, 해인지 확인하기, 초기값 문제를 다룬다
유형·난이도는 우리말 풀이가 붙은 문제는 선생님이 정했고, 나머지는 자동 분류라 다를 수 있어요. 난이도가 정해지지 않은 문제는 난이도로 거를 때 빠집니다.
11문제 · 1 / 1쪽
다음 함수들이 주어진 미분방정식의 해임을 확인하세요.
은 의 해이다
Verify that the following functions are solutions to the given differential equation.
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한 번 더 — 비슷한 문제 풀기OpenStax 2권 · 4.1절 · 23번다음 함수들이 주어진 미분방정식의 해임을 보이세요.
은 의 해이다.
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한 번 더 — 비슷한 문제 풀기OpenStax 2권 · 4.1절 · 55번다음 함수들이 주어진 미분방정식의 해임을 확인하세요.
는 의 해이다.
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한 번 더 — 비슷한 문제 풀기OpenStax 2권 · 4.1절 · 1번다음 함수가 주어진 미분방정식의 해임을 보이세요.
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한 번 더 — 비슷한 문제 풀기Active Calculus · 7.1절 · 7번다음 함수가 주어진 미분방정식의 해임을 보이세요.
는 의 해입니다.
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한 번 더 — 비슷한 문제 풀기OpenStax 2권 · 4.1절 · 39번다음 함수가 주어진 미분방정식의 해임을 보이세요.
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한 번 더 — 비슷한 문제 풀기OpenStax 2권 · 4.1절 · 21번다음 함수가 주어진 미분방정식의 해임을 보이세요.
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한 번 더 — 비슷한 문제 풀기OpenStax 2권 · 4.1절 · 41번다음 함수가 주어진 미분방정식의 해임을 확인하세요.
는 의 해이다
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한 번 더 — 비슷한 문제 풀기OpenStax 2권 · 4.1절 · 49번다음 함수가 주어진 미분방정식의 해임을 확인하세요.
는 의 해이다
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한 번 더 — 비슷한 문제 풀기OpenStax 2권 · 4.1절 · 53번가 방 안에 놓아 둔 커피 한 잔의 온도를 나타낸다고 하자. 여기서 의 단위는 화씨(°F)이고 의 단위는 분이다. 뉴턴의 냉각 법칙이라고 알려진 물리 법칙에 따르면
(a) 라고 가정하세요. 이 미분방정식으로부터 의 값은 얼마입니까? 이 두 사실의 의미를 완전한 문장으로 설명하세요.
(b) 에서 는 증가합니까, 감소합니까?
(c) 에서의 온도는 대략 얼마입니까?
(d) 아래 좌표평면에 를 의 함수로 하는 그래프를 그리세요.
(e) 가 어떤 값일 때 는 증가합니까? 가 어떤 값일 때 는 감소합니까?
(f) 방의 온도는 얼마라고 생각합니까? 생각한 이유를 설명하세요.
(g) 가 초깃값 인 이 미분방정식의 해임을 보이세요. 충분히 오랜 시간이 지나면 이 해는 어떻게 됩니까?
Suppose that represents the temperature of a cup of coffee set out in a room, where is expressed in degrees Fahrenheit and in minutes. A physical principle known as Newton's Law of Cooling tells us that
(a) Supposes that . What does the differential equation give us for the value of ? Explain in a complete sentence the meaning of these two facts.
(b) Is increasing or decreasing at ?
(c) What is the approximate temperature at ?
(d) On the graph below, make a plot of as a function of .
(e) For which values of does increase? For which values of does decrease?
(f) What do you think is the temperature of the room? Explain your thinking.
(g) Verify that is the solution to the differential equation with initial value . What happens to this solution after a long time?
(a) 이고 이므로 이다. 라는 사실은 시각 에서 커피의 온도가 화씨도임을 뜻하고, 는 인 순간(즉 일 때) 커피의 온도가 분당 화씨 도의 순간변화율로 감소하고 있음을 뜻한다.
(b) 에서 이고 가 음수이므로 에서 는 감소한다.
(c) 주어진 정보와 함께 일차 근사 을 이용하면
화씨도이다.
(d) 는 에 대한 일차함수이고 기울기가 , 세로축 절편이 이므로 그래프는 아래와 같다. 특히 임에 주목한다.
(e) 일 때 이므로 이 값들에서 는 증가한다. 일 때 이므로 이 값들에서 는 감소한다.
(f) 앞의 문제에서 화씨 도가 의 변화 양상을 바꾸는 경계가 되는 온도임을 확인했다. 화씨 도가 방의 온도라고 생각할 수 있는 이유는 여러 가지이다. 커피의 온도가 방의 온도()보다 높으면 온도가 내려가 방의 온도에 가까워지고, 방의 온도보다 낮으면 온도가 올라가 방의 온도에 가까워진다. 또 커피의 온도가 (방의 온도와 같은 값)이면 변화율이 이므로 커피의 온도는 변하지 않는다.
(g) 가 초깃값 인 이 미분방정식의 해임을 보이고, 충분히 오랜 시간이 지나면 이 해가 어떻게 되는지 구한다. 라고 하면
이다. 또한
이다. 위의 두 식으로부터
에 대신 를 대입하면 등식이 성립함을 알 수 있으므로 이 함수는 주어진 미분방정식의 해이다. 또한 이므로 이 함수는 초기 조건도 만족한다. 마지막으로 일 때 이므로 일 때 이다. 이는 예상대로 시간이 한없이 지날수록 해 함수의 값이 방의 온도에 가까워짐을 보여 준다.
(a) Since and , . The fact that tells us the coffee's temperature at time is degrees F, and tells us that at the instant (i.e. when ), the coffee's temperature is decreasing at an instantaneous rate of degrees F per minute.
(b) At , , and since is negative, decreasing at .
(c) Using the linear approximation along with the given information, it follows that
degrees F.
(d) We note that is a linear function of with slope and vertical intercept , so its graph is as shown below. Note particularly that .
(e) For , , so for these -values, increases. For , , so for these -values, decreases.
(f) In the previous question, we observed that degrees F is the critical temperature that changes the behavior of . There are several reasons to think that degrees F is room temperature: if the coffee's temperature is above room temperature (), its temperature will decrease to room temperature, while if the coffee is below room temperature, its temperature will increase to room temperature. Moreover, if the coffee's temperature is (which would match the room temperature), then its rate of change is and the coffee's temperature doesn't change.
(g) Verify that is the solution to the differential equation with initial value . What happens to this solution after a long time? Assuming that , we observe that
In addition,
The two preceding equations show that
when we substitute in for , and thus this function is a solution to the differential equation. Moreover, , so the function satisfies the initial condition, too. Finally, because as , it follows that as , which shows that the solution function's value tends to room temperature as time increases without bound, as we expect.