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应用题中类似进水出水问题(陈文灯高数微分方程的应用题)

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应用题中类似进水出水问题(陈文灯高数微分方程的应用题)

有一房间容积为100立方米,CO2浓度为0.12%,现在用一台风量为10立方米/分钟的排风机向房间里通入含0.04%浓度CO2的空气,同时以相同的风量将混合均匀空气排出,求排出10分钟后,房间中CO2的浓度?
此题用微分方程做,只是答案的开头假设我看不懂:设t时刻CO2的浓度为x%,即房中CO2的含量为x,一分钟后CO2为x+0.004-x/10.
就是这个一分钟后CO2的含量让我晕了,x+0.004好理解,但是排风机排出的CO2为什么是x/10啊?排风机往里进CO2,也往外排出CO2,肯定将房间里CO2的浓度改变了呀.请高手指教.
附答案:假设t时刻CO2的浓度为x%,即房中的CO2含量为x,一分钟后CO2为x+0.004-x/10,又设dt时刻后CO2含量改变为dx,则dx=-[x-(x+0.004-x/10)]dt=-1/10(x-0.04)dt.
即dx/dt=-1/10(x-0.04),且x(0)=0.12,由上式可解得10分钟后x=0.07

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好评回答
  • 2008-05-16 06:08:03
    答案里的说法有点不科学,它是把x看作不变的,但x是时间t的函数,1分钟是好长好长的时间段呵!
    原来房间里含二氧化碳x立方米,1分钟排出二氧化碳(x/100)*10=x/10立方米,进入二氧化碳(0.04/100)*10=0.004立方米,所以1分钟以后房间里含二氧化碳x+0.004-x/10立方米。
    应该只考虑时间段[t,t+Δt],这里Δt是要多小就多小的时间段,这时x(t)就可以看作近似不变,并且Δt越小近似程度越好,从而有在这个时间段房间里增加二氧化碳
    Δx=(0.004-x/10)*Δt,即Δx/Δt=(0.04-x)/10,令Δt→0,就得到需要的微分方程了。——这样说就科学了吧?
    其实答案里说的是在把x看作不变的情形下,单位时间里房间内二氧化碳的变化情形。
    

    1***

    2008-05-16 06:08:03

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