Klataza 🧮 Math
Unit 74 · Ganze Aufgaben 3 und 4
🌡️ Differenzialgleichungen
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Aufgabe 1: Newtonsches Abkühlungsgesetz
Für die Temperatur T(x) (°C, x in min) einer Tasse Tee gilt T'(x) = −k · (T(x) − 20). Zu Beginn hat der Tee 90 °C, nach 10 Minuten 70 °C.
- a) Welche Funktion löst die Differenzialgleichung?☐ T(x) = 20 + 70·e^(−kx) ☐ T(x) = 90·e^(−kx) ☐ T(x) = 20 − 70·e^(kx)
- b) Bestimme k (4 Dezimalen).
- c) Temperatur nach 30 Minuten (1 Dezimale)?
- d) Wann ist der Tee auf 40 °C abgekühlt (min, 1 Dezimale)?
Aufgabe 2: Trennung der Variablen
Gesucht ist die Lösung der Differenzialgleichung y' = 2·x·y mit y(0) = 3.
- a) Lösung y(x)?
- b) y(1) (3 Dezimalen)?
- c) y'(1) aus der Differenzialgleichung (3 Dezimalen)?
Lösungen
Aufgabe 1
- a) T(x) = 20 + 70·e−kx
Trennung der Variablen: dT/(T − 20) = −k dx ⇒ ln|T − 20| = −kx + C · T(x) = 20 + C·e−kx, T(0) = 90 ⇒ C = 70 - b) 0,0336
20 + 70·e−10k = 70 ⇒ e−10k = 0,7143 · k = −ln(0,7143) / 10 ≈ 0,0336 - c) 45,5
T(30) = 20 + 70·e−0,0336·30 ≈ 45,5 - d) 37,2
e−kx = 20/70 · x = −ln(0,2857) / k ≈ 37,2
Aufgabe 2
- a) 3·e1x²
dy/y = 2x dx · ln|y| = 1x² + C · y = K·e1x², y(0) = 3 ⇒ K = 3 - b) 8,155
y(1) = 3·e1 ≈ 8,155 - c) 16,31
y'(1) = 2·1·y(1) ≈ 16,31