Vanntank med differensiallikning
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.
I en tank renner det inn vann med konstant fart. Samtidig renner det ut vann gjennom et hull i bunnen av tanken. Vannmengden som renner ut per minutt, er til enhver tid proporsjonal med vannmengden i tanken. La liter være vannmengden i tanken etter minutter. Da er løsningen av differensiallikningen
Forklar hva tallene og og står for.
Løs differensiallikningen.
Hvor mye vann er det i tanken etter ?
I en annen tank renner det inn vann per minutt. Også i denne tanken renner det ut vann gjennom et hull i bunnen. Vannmengden som renner ut, er proporsjonal med vannmengden i tanken. Når , er det i denne tanken. Etter lang tid vil vannmengden i tanken stabilisere seg på .
Hvor mye vann er det i denne tanken etter ?
Fasit
Se forklaring i løsningsforslaget.
LøsningsforslagKI-generert
I differensiallikningen , , betyr tallene:
- er hvor mange liter vann som renner inn i tanken per minutt (konstant innstrømning).
- er proporsjonalitetskonstanten for utstrømningen: av vannmengden som til enhver tid er i tanken, renner ut per minutt.
- er vannmengden (i liter) som er i tanken ved .
Likningen er separabel:
Vi integrerer på begge sider:
Løser vi ut , får vi den generelle løsningen
Startbetingelsen gir , slik at
GeoGebra CAS bekrefter denne løsningen (og løsningen i d)):

Dette stemmer med at nærmer seg likevektsverdien når , siden og eksponentialleddet dør ut.
Vi setter inn i uttrykket fra b):
. Etter minutter er det altså om lag liter vann i tanken.
I den andre tanken er innstrømningen per minutt, og utstrømningen er proporsjonal med vannmengden med en ukjent konstant :
Etter lang tid stabiliserer seg på likevektsverdien der , altså . Siden denne likevekten skal være :
Løsningen har samme form som i b) (se y2(t) i CAS-utklippet over):
(Her er fordi .) Vi setter inn :
. Etter minutter er det altså om lag liter vann i den andre tanken.