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108 台灣大學微積分(C) 第 9 題

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108學年度 · 108台大微積分C · 第 9 題

題目

9. y=f(x), y′=2y(10−y), f(0)=1, f(x)=?y=f(x),\ y'=2y(10-y),\ f(0)=1,\ f(x)=?

解答

解法一

思路

展開

右邊可分解為 2y(10−y)2y(10-y),是具有兩個平衡解的可分離變數方程。分離變數後用初始條件決定常數。

答題過程

展開 dyy(10−y)=2 dx.\frac{\mathrm{d}y}{y(10-y)}=2\,\mathrm{d}x.

部分分式分解後積分:

110ln⁡y10−y= 2x+C,y10−y= Ce20x.\begin{align*} \frac1{10}\ln\frac{y}{10-y} =&\,2x+C,\\[4mm] \frac{y}{10-y} =&\,Ce^{20x}. \end{align*}

由 y(0)=1y(0)=1 得 C=19C=\frac19,故

y10−y=19e20x.\frac{y}{10-y}=\frac19e^{20x}.

解出 yy:

f(x)=101+9e−20x.\boxed{f(x)=\frac{10}{1+9e^{-20x}}}.