Anfänglich werden 50 Pfund Salze in einem großen Tank mit 300 Gallonen Wasser gelöst. Eine Solelösung wird mit einer Geschwindigkeit von 3 gal/min in den Tank gepumpt und eine gut gerührte Lösung wird dann mit derselben Geschwindigkeit abgepumpt?

1 Antworten


  • Angenommen, die Gesamtmenge an Salzen im Tank beträgt s[t] Pfund, wobei t die Zeit in Minuten ist. Uns wird gesagt, dass
      s[0] = 50 Pfund
    Die Zunahmerate von s[t] beträgt
      (3 gal/min)*(2 lb/gal) = 6 lb/min
    Die Abnahmerate von s[t] (in Pfund pro Minute) ist
      s/(300 gal)*(3 gal/min)
    Wenn wir diese Beziehungen mit einer Differentialgleichung ausdrücken, haben wir
      s'[t] = 6 - (1/100)*s,
      s[0] = 50
    Wir erkennen, dass die Lösung dieser linearen inhomogenen Gleichung mit konstanten Koeffizienten die Form
      s[t] = c 1 e^(a*t) + c 0 . hat  für einige Werte von a und Konstanten c n .
    Wenn wir dies in die obige Differentialgleichung einsetzen und die Koeffizienten anpassen, erhalten wir
      c 1 *a*e^(a*t) = 6 - (1/100)*c 1 *e^(a^t) - (1/100 )*c 0   c 1 *a = -(1/100)*c 1     (
      Matchkoeffizienten von e^(a*t)) a = -1/100   0 = 6 - (1/100)*c 0     (Match Konstanten)
      c 0 = 600   c 1 *e^(-0/100) + 600 = 50 (auswerten für Anfangsbedingung)
      c 1 = 50 - 600 = -550Die Salzmenge beträgt
      s[t] = 600 - 550e^(-t/100)) Nach 50 Minuten
      beträgt die Salzmenge im Tank s[50] = 600 - 550*e^(-1/2)
      s [50] ≈ 266,4 Pfund Salze Die vorhandene Menge, wenn t sehr groß wird, ist
      s[unendlich] = 600 Pfund
    bildung

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