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102 台灣大學微積分(C) 第 15 題

考題 / 轉學考微積分 / 台灣大學 / 微積分C

102學年度 · 102台大微積分C · 第 15 題

題目

Problem

(N) Solve the differential equation

tdydt+2y=ett\frac{\mathrm{d}y}{\mathrm{d}t}+2y=e^t

with the initial condition y(1)=2y(1)=2.

解答

解法一

在 t>0t>0 上先除以 tt:

dydt+2ty=exp⁡(t)t.\frac{\mathrm{d}y}{\mathrm{d}t}+\frac2t y=\frac{\exp(t)}t.

積分因子為 t2t^2,所以

ddt(t2y)=texp⁡(t).\frac{\mathrm{d}}{\mathrm{d}t}(t^2y)=t\exp(t).

積分並代入 y(1)=2y(1)=2:

t2y=exp⁡(t)(t−1)+C,C=2.t^2y=\exp(t)(t-1)+C,\qquad C=2.

故解為

y=exp⁡(t)(t−1)+2t2.\boxed{y=\frac{\exp(t)(t-1)+2}{t^2}}.