초기 조건 인 다음 초깃값 문제를 풀고 그 해의 그래프를 그리세요.
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Solve the following initial-value problems with the initial condition and graph the solution.
문제 은행 · 미적분 · 대학 미적분 · 미분방정식
x와 y를 양쪽으로 나누어 적분해 푼다
유형·난이도는 우리말 풀이가 붙은 문제는 선생님이 정했고, 나머지는 자동 분류라 다를 수 있어요. 난이도가 정해지지 않은 문제는 난이도로 거를 때 빠집니다.
6문제 · 1 / 1쪽
초기 조건 인 다음 초깃값 문제를 풀고 그 해의 그래프를 그리세요.
Solve the following initial-value problems with the initial condition and graph the solution.
초기 조건 인 다음 초깃값 문제를 풀고 그 해의 그래프를 그리세요.
Solve the following initial-value problems with the initial condition and graph the solution.
원본 교재에 이 문제의 정답은 실려 있지 않습니다.
한 번 더 — 비슷한 문제 풀기CLP-2 · 2.4절 · 5번초기 조건 을 만족하는 다음 초깃값 문제를 풀고, 그 해의 그래프를 그리세요.
Solve the following initial-value problems with the initial condition and graph the solution.
초기 조건 을 만족하는 다음 초깃값 문제를 풀고, 그 해의 그래프를 그리세요.
Solve the following initial-value problems with the initial condition and graph the solution.
원본 교재에 이 문제의 정답은 실려 있지 않습니다.
한 번 더 — 비슷한 문제 풀기OpenStax 2권 · 4.3절 · 1번다음 초깃값 문제를 생각하세요.
(a) 이 초깃값 문제의 해를 구하고 그 그래프를 그리세요. (b) 해가 정의되는 의 값은 무엇인지 구하세요. (c) 해가 정의되는 마지막 시각에서 의 값은 얼마인지 구하세요. (d) 미분방정식을 살펴보고, (c)에서 구한 의 값을 갖는 해를 기대하면 안 되는 이유를 설명하세요.
Consider the initial value problem
(a) Find the solution of the initial value problem and sketch its graph. (b) For what values of is the solution defined? (c) What is the value of at the last time that the solution is defined? (d) By looking at the differential equation, explain why we should not expect to find solutions with the value of you noted in (c).
(a) 변수를 분리하면 이고, 에 대해 적분하면 적분을 계산하고 에 대해 풀면 이므로 따라서 이다. 초기 조건 을 적용하면 이므로( 이므로 중 를 택한다) 이다. 그러므로 초깃값 문제의 해는 (b) 이 초깃값 문제의 해는 에서 정의된다. (c) 해가 정의되는 마지막 시각은 이고, 이때 대응하는 의 값은 이다. (d) 미분방정식은 이고, 일 때 우변의 식은 정의되지 않는다. 따라서 (c)에서 구한 점에서는 엄밀히 말해 해의 값이 정의되지 않는다. 이는 방향장에서 이 점에 수직 접선이 있다는 것과 관련이 있다.
(a) Separating the variables, we find that and integrating with respect to Evaluating the integrals and solving for , we see that and therefore so . Applying the initial condition , we find that (we choose the from since ), so . Hence the solution to the IVP is (b) The solution to the IVP is defined for . (c) The last time that the solution is defined is and the corresponding value of at this point is . (d) Recall that the differential equation is , and the righthand expression is undefined when . Hence the solution value is technically not defined at the point we noted in (c); this is connected to there being a vertical tangent line at this point in the direction field.
바닥에 구멍이 뚫린 원기둥 모양의 물탱크에 물이 가득 차 있다고 합시다. 물은 당연히 새어 나가고 물의 높이는 줄어들 것입니다. 를 물의 높이라고 하겠습니다. 토리첼리의 법칙이라는 물리 법칙에 따르면, 높이가 줄어드는 비율은 높이의 제곱근에 비례합니다.
(a) 를 비례상수로 사용하여 이 사실을 식으로 나타내세요. (b) 탱크가 두 개 있는데, 하나는 이고 다른 하나는 이라고 합시다. 어떤 물리적 차이가 있을 것으로 예상하나요? (c) 물의 깊이가 인치일 때 높이가 분당 인치씩 줄어드는 탱크가 있다고 합시다. 의 값을 구하세요. (d) (c)의 탱크에 대한 초깃값 문제를 푸세요. 그리고 구한 해의 그래프를 그리세요. (e) 탱크에서 물이 모두 빠져나가는 데 걸리는 시간은 얼마인가요? (f) 구한 해는 모든 시간 에 대해 성립하나요? 성립한다면 어떻게 아는지 설명하세요. 성립하지 않는다면 그 이유를 설명하세요.
Suppose that a cylindrical water tank with a hole in the bottom is filled with water. The water, of course, will leak out and the height of the water will decrease. Let denote the height of the water. A physical principle called Torricelli's Law implies that the height decreases at a rate proportional to the square root of the height.
(a) Express this fact using as the constant of proportionality. (b) Suppose you have two tanks, one with and another with . What physical differences would you expect to find? (c) Suppose you have a tank for which the height decreases at inches per minute when the water is filled to a depth of inches. Find the value of . (d) Solve the initial value problem for the tank in part (c), and graph the solution you determine. (e) How long does it take for the water to run out of the tank? (f) Is the solution that you found valid for all time ? If so, explain how you know this. If not, explain why not.
(a) 가 물의 높이의 제곱근에 비례하므로 이다. (b) 한 탱크는 이고 다른 탱크는 이면, 인 탱크에서 물이 훨씬 빠르게 빠져나가며, 이는 그 탱크의 구멍이 더 크다는 것에 해당할 것이다. (c) 물의 깊이가 인치일 때 높이가 분당 인치씩 줄어들므로 이다. 이 정보를 미분방정식에 적용하면 이므로 이다. (d) 초기 조건 인 미분방정식 를 풀기 위해, 먼저 변수를 분리하여 로 쓴다. 좌변의 분수를 고쳐 쓰고 에 대해 적분하면 이므로 즉 이다. 이므로 이고, 따라서 이다. 이로부터 초깃값 문제의 해는 이다. 이 함수의 그래프는 아래로 볼록한 포물선이며, 절편은 이고 에서 중근을 갖는다. (e) 이므로 탱크가 비는 데 분이 걸린다. (f) 아니요, 이 해는 모든 시간 에 대해 성립하지 않는다. 문제의 물리적 제약에 따르면 에서 탱크가 비므로 이 해는 일 때만 성립한다.
(a) Since is proportional to the square root of the height of the water, we have (b) If one tank has and the other has , the tank with will have water leaving the tank much more rapidly, which should correspond to that tank having a larger hole. (c) Since height decreases at inches per minute when the water is filled to a depth of inches, this tells us that . Applying this information to the differential equation, and thus . (d) To solve the differential equation with initial condition , we first separate the variables and write Rewriting the first fraction and integrating with respect to , we have and thus or . Knowing that , we see that , and thus . This shows that the solution to the IVP is A plot of this function shows it to be a concave up parabola with -intercept and a repeated zero at . (e) It takes minutes for the tank to empty since . (f) No, this solution is not valid for all time . The physical constraints of the problem tell us that the solution is only valid for since at the tank is empty.