Differensiallikning for bensintank med lekkasje
Lov på eksamen
- Kalkulator
- CAS
- Graftegner og regneark
- Lærebok, formelsamling og egne notater
Ikke åpent internett, kommunikasjon med andre eller kunstig intelligens.
Kan den løses uten PC?
Alle deloppgavene kan løses uten PC.
Fra 2027 er det bare kalkulator og skriftlige hjelpemidler på del 2. Vurderingen er gjort med KI og kan inneholde feil.
Lest inn av KI og ikke kontrollert manuelt enda — kan inneholde feil.
Sverre har en gammel bil. Når han kjører med jevn fart, bruker motoren liter bensin per mil. Bilen har dessverre en liten lekkasje i bensintanken. Dette gjør at når han kjører med jevn fart, vil antall liter bensin som lekker ut av tanken per mil, være proporsjonal med antall liter bensin på tanken. Proporsjonalitetskonstanten er .
Sverre skal på langtur og fyller opp tanken. Den rommer 60 liter. La være antall liter bensin han har igjen på tanken etter at han har kjørt mil med jevn fart.
Begrunn at differensiallikningen
kan brukes til å bestemme et uttrykk for .
Løs differensiallikningen.
Hvor mye bensin er det på tanken etter at han har kjørt 40 mil?
Hvor langt kan han maksimalt kjøre før tanken er tom? Hvor mye bensin har da forsvunnet på grunn av lekkasjen?
Neste gang Sverre skal på langtur, tenker han at det kan være lurt å fylle tanken opp til bare 30 liter og så på nytt fylle opp til 30 liter etter 20 mil.
Hvor mye bensin vil han bruke dersom han kjører 40 mil?
Fasit
Se begrunnelse i løsningsforslaget.
LøsningsforslagKI-generert
Endringen i mengde bensin per mil, , består av to bidrag:
- Kjøreforbruk: motoren bruker liter per mil uansett hvor mye bensin som er igjen på tanken. Dette gir bidraget (negativt, siden mengden bensin minker).
- Lekkasje: lekkasjen per mil er proporsjonal med mengden bensin som er på tanken, med proporsjonalitetskonstant . Dette gir bidraget (negativt av samme grunn).
Til sammen gir dette
Siden tanken er full ( liter) idet han starter kjøreturen (), er startbetingelsen .
Vi løser differensiallikningen ved separasjon av de variable. Siden , kan vi skrive
Integrasjon på begge sider (bekreftet i GeoGebra CAS, se skjermbilde linje 1–2):
Startbetingelsen gir , altså . Dermed
I GeoGebra CAS (skjermbildet, linje 3–4) er dette uttrykket definert og satt inn i differensiallikningen; forenklingen viser at (faktoren ), som bekrefter at løsningen stemmer.

Vi setter inn i uttrykket for (CAS, skjermbildet linje 5):
Etter mil er det altså igjen
bensin på tanken.
Tanken er tom når . I CAS (skjermbildet, linje 6) løses dette til
Han kan altså maksimalt kjøre
før tanken er tom.
Siden hele tanken ( liter) er brukt opp når han har kjørt denne strekningen, kan vi finne hvor mye som har gått med til rent kjøreforbruk:
Resten av bensinen har forsvunnet på grunn av lekkasjen:
Altså har
bensin lekket ut av tanken.
Med den nye strategien fyller Sverre først liter, kjører mil, fyller opp til liter igjen, og kjører videre mil (totalt mil).
Løsningen av differensiallikningen har samme form som i b), men med ny startbetingelse : , altså (CAS, skjermbildet linje 7)
Fordi startbetingelsen er den samme ( liter) på begge -mils-strekningene, blir bensinnivået etter hver strekning likt (CAS, skjermbildet linje 8):
- Første strekning: bruker liter, og fyller på like mye ved -mils-punktet for å komme tilbake til liter.
- Andre strekning: bruker igjen liter, og ender med liter igjen på tanken.
Totalt bensinforbruk over de milene (CAS, skjermbildet linje 9):
Med denne fyllingsstrategien bruker Sverre altså
bensin på de milene — mindre enn med full tank ( liter), siden lekkasjen er mindre når nivået i tanken holdes lavere.