Vinnaren i pepparkakshustävlingen!
2017-04-06, 19:29
  #1
Medlem
behöver hjälp med en ickelinjär differentialekvation,

uppgiften är följande:

Om man lägger en (inte alltför stor) mängd av ett pulverformigt ämne i en behållare med lösningsmedel kommer det att lösas upp. Hastigheten med vilken detta sker är proportiell mot produkten av mängden oupplöst ämne och differensen mellan mättnadskoncentrationen - dvs maximala massan upplöst ämne per massenhet lösningsmedel - och den aktuella koncentrationen.

1. Vid tiden t0 = 0 läggs 10 kg pulver i en behållare med 100 kg lösningsmedel. Mättnadskoncentrationen är 1/4. Bestäm mängden, u(t), av upplöst pulver som funktion av tiden.

2. Differentialekvationen för u(t) innehåller en proportionalitetskonstant, k. Bestäm denna om det tar 10 minuter tills hälften av pulvret har lösts upp.

3. Hur lång tid tar det tills 80 % av pulvret lösts upp? Använd miniräknare för att få fram ett närmevärde med två gällande siffror.

jag har fått fram följande förhållande: u'(t)=k (10 - u(t)) • (1/4 - (u(t)/100))
som omskrivet blir u'(t) = k ( 10/4 - (35 u(t))/100) + ((u(t))^2 /100))
jag är rätt säker på att detta är korrekt och undrar hur man går vidare från detta steg? ekvationen ska vara en ickelinjärt differentialekvation och jag vore mycket tacksam om någon hade något tips på hur man löser detta
Citera
2017-04-06, 20:24
  #2
Medlem
flipflaps avatar
Citat:
Ursprungligen postat av jordugglan
behöver hjälp med en ickelinjär differentialekvation,

uppgiften är följande:

Om man lägger en (inte alltför stor) mängd av ett pulverformigt ämne i en behållare med lösningsmedel kommer det att lösas upp. Hastigheten med vilken detta sker är proportiell mot produkten av mängden oupplöst ämne och differensen mellan mättnadskoncentrationen - dvs maximala massan upplöst ämne per massenhet lösningsmedel - och den aktuella koncentrationen.

1. Vid tiden t0 = 0 läggs 10 kg pulver i en behållare med 100 kg lösningsmedel. Mättnadskoncentrationen är 1/4. Bestäm mängden, u(t), av upplöst pulver som funktion av tiden.

2. Differentialekvationen för u(t) innehåller en proportionalitetskonstant, k. Bestäm denna om det tar 10 minuter tills hälften av pulvret har lösts upp.

3. Hur lång tid tar det tills 80 % av pulvret lösts upp? Använd miniräknare för att få fram ett närmevärde med två gällande siffror.

jag har fått fram följande förhållande: u'(t)=k (10 - u(t)) • (1/4 - (u(t)/100))
som omskrivet blir u'(t) = k ( 10/4 - (35 u(t))/100) + ((u(t))^2 /100))
jag är rätt säker på att detta är korrekt och undrar hur man går vidare från detta steg? ekvationen ska vara en ickelinjärt differentialekvation och jag vore mycket tacksam om någon hade något tips på hur man löser detta
Ta en promenad. I ditt gnäll vilar lösningen. Jag tänker inte mata dig med färdigtuggad mat.
Citera
2017-04-06, 20:33
  #3
Medlem
nerdnerds avatar
Det du har där är ett specialfall av den logistiska differentialekvationen och dess lösningar.

https://en.wikipedia.org/wiki/Logistic_function

Du kan se det om du byter variabel till t ex
y = 10 - u

Men du kan också lösa denna DE som den står (i din härledning) med variabelseparation. Men helst innan din omskrivning på slutet, för då blir det lättare att partialbråkuppdela.
Citera
2017-04-06, 20:35
  #4
Medlem
nerdnerds avatar
Citat:
Ursprungligen postat av flipflap
Ta en promenad. I ditt gnäll vilar lösningen. Jag tänker inte mata dig med färdigtuggad mat.

Och jag som trodde att jag var sur idag.
Citera
2017-04-06, 21:29
  #5
Medlem
Citat:
Ursprungligen postat av jordugglan
jag har fått fram följande förhållande: u'(t)=k (10 - u(t)) • (1/4 - (u(t)/100))
som omskrivet blir u'(t) = k ( 10/4 - (35 u(t))/100) + ((u(t))^2 /100))
jag är rätt säker på att detta är korrekt och undrar hur man går vidare från detta steg? ekvationen ska vara en ickelinjärt differentialekvation och jag vore mycket tacksam om någon hade något tips på hur man löser detta
Ekvationen är separabel:
100 du / (u^2 - 35 u + 250) = k dt
Citera
2017-04-06, 21:38
  #6
Medlem
tackar så hjärtligt för svaren
Citera

Stöd Flashback

Flashback finansieras genom donationer från våra medlemmar och besökare. Det är med hjälp av dig vi kan fortsätta erbjuda en fri samhällsdebatt. Tack för ditt stöd!

Stöd Flashback