Thus y=f(x) obeys the differential equation y′=(y−1)(y−2).
(c) If y=1,2,
dxdy(y−1)(y−2)dy∫(y−1)(y−2)dyUsing the method of partial fractions,∫(y−21−y−11)dylog∣y−2∣−log∣y−1∣logy−1y−2 Observe that dxdy=(y−1)(y−2)>0 for all y≥2. That is, f(x) is increasing at all x for which f(x)>2. As f(0)=3, f(x) increases for all x≥0, and f(x)≥3 for all x≥0. So we may drop the absolute value signs.logf(x)−1f(x)−2f(x)−1f(x)−2 At x=0, f(x)−1f(x)−2=21 so eC=21.f(x)−1f(x)−22f(x)−4[2−ex]f(x)f(x)=(y−1)(y−2)=dx=∫dx=∫dx=x+C=x+C=x+C=eCex=21ex=[f(x)−1]ex=4−ex=2−ex4−ex
한 번 더 — 비슷한 문제CLP-2 · 2.4절 · 35번우리말 번역
높이가 2 m인 물탱크를 반지름이 r=yp 인 원형 단면을 가지도록 만들려고 합니다. 여기서 y 는 탱크 바닥으로부터 잰 수직 거리이고, p 는 정해야 하는 양의 상수입니다. 탱크의 물이 빠질 때 토리첼리의 법칙을 따른다고 가정해도 좋습니다. 즉,
A(y)dtdy=−cy
이며, 여기서 c 는 어떤 상수이고 A(y) 는 높이 y 에서의 탱크의 단면의 넓이입니다. 탱크의 윗부분 절반
(y=2 에서 y=1 까지)이 물이 빠지는 데 걸리는 시간이 아랫부분 절반(y=1 에서 y=0 까지)이 물이 빠지는 데 걸리는 시간과 정확히 같도록 탱크를 만들려고 합니다. 탱크가 이 성질을 갖도록 p 의 값을 구하세요. 참고: 이 문제에서 c 를 구하는 것은 불가능하며 필요하지도 않습니다.
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시각 t (예를 들어 정오부터 시작하여 시간 단위로 잰다)에 탱크 안 물의 높이가 y 이고, 이 값은 0 m와 2 m 사이라고 하자. 이때 물의 윗면은 반지름이 r=yp 인 원판을 이루고 그 넓이는 A(y)=πy2p 이다.
따라서 토리첼리의 법칙에 의해
πy2pdtdy−cπ⋅y2p−21dy∫−cπ⋅y2p−21dy−cπ⋅2p+21y2p+21+dfor some constant d. At time t=0, the height is y=2, so d=cπ⋅2p+2122p+21 .t=−cy=dt=∫dt=t=cπ(2p+2122p+21−2p+21y2p+21)=c(2p+21)π(22p+21−y2p+21)
높이가 1 이 되는 시각은 이 식에 y=1 을 대입하여 얻고, 높이가 0 이 되는 시각은 이 식에 y=0 을 대입하여 얻는다. 따라서 윗부분 절반(y=2 에서 y=1 까지)이 물이 빠지는 데 걸리는 시간이 아랫부분 절반(y=1 에서 y=0 까지)이 걸리는 시간과 정확히 같다는 조건은 다음과 같다.