2.2 Separable differensiallikningar | Matematikk S2

Løyse differensiallikningar ved separasjon av variable.

55 min

17 oppgaver

Separabel likningSeparasjon av variableInitialvilkår

Du leser den tradisjonelle versjonen

Din fremgang i kapitlet

0 / 17 oppgaver

Fordjuping (utanfor læreplanen)

Dette stoffet høyrer ikkje til læreplanen i matematikk S2 (MAT04-02). Separable differensiallikningar høyrer til matematikk R2. Eksponentialmodellen $y = Ce^{kx}$ og vekstfaktor blir òg brukte i S2. Du treng det ikkje til S2-eksamen.

Separable differensiallikningar

Ei differensiallikning er separabel viss ho kan skrivast på forma:
$\frac{dy}{dx} = f(x) \cdot g(y)$

Vi kan då separere variablane og integrere kvar side for seg.

Separasjonsmetoden

\displaystyle \frac{dy}{dx} = f(x) \cdot g(y)

✏️Eksponentiell vekst

Løys $\displaystyle \frac{dy}{dx} = ky$ med $y(0) = y_0$ .

Separer:

\frac{dy}{y} = k \, dx

Integrer:
$\int \frac{1}{y} \, dy = \int k \, dx$
$\ln|y| = kx + C_1$

Løys for $y$ :
$|y| = e^{kx + C_1} = e^{C_1} e^{kx}$
$y = Ce^{kx}$ (der $C = \pm e^{C_1}$ )

Bruk initialvilkår: $y(0) = C = y_0$

Svar: $y = y_0 e^{kx}$

Gjør dette i GeoGebra

Utforsk: Retningsdiagram for ei differensiallikning

Retningsdiagrammet til

y' = 0{,}5y

viser stiginga i kvart punkt. Løysingskurva

y = e^{0{,}5x}

(raud) følgjer pilene. Alle løysingar har forma

y = Ce^{0{,}5x}

— prøv å teikne fleire.

Skriv inn én linje om gangen i inntastingsfeltet:

a = SlopeField(0.5y)
f(x) = e^(0.5x)
SetColor(f, "Red")

Med språket satt til norsk forstår GeoGebra kommandonavnene både på norsk og engelsk.

Åpne GeoGebra

✏️Annan type

Løys $\displaystyle \frac{dy}{dx} = xy$ med $y(0) = 2$ .

Separer:

\frac{dy}{y} = x \, dx

Integrer:
$\ln|y| = \frac{x^2}{2} + C_1$

Løys for $y$ :
$y = Ce^{x^2/2}$

Bruk initialvilkår: $y(0) = C = 2$

Svar: $y = 2e^{x^2/2}$

📝Oppgave 1

Løys oppgåvene:

Løys $y' = 3y$ .

📝Oppgave 2

Løys oppgåvene:

Løys $y' = -2y$ med $y(0) = 5$ .

Løs oppgaven

📝Oppgave 3

Løys oppgåvene:

Løys $\displaystyle \frac{dy}{dx} = \frac{y}{x}$ for $x > 0$ .

📝Oppgave 4

Løys oppgåvene:

Løys $y' = y^2$ med $y(0) = 1$ .

Løs oppgaven

📝Oppgave 5

Løys oppgåvene:

Løys $\displaystyle \frac{dy}{dx} = xe^{-y}$ .

📝Oppgave 6

Løys oppgåvene:

Løys $\displaystyle y' = \frac{x}{y}$ med $y(0) = 2$ .

Løs oppgaven

📝Oppgave 7

Løys oppgåvene:

Ein folkesetnad veks med $P' = 0{,}03P$ . Viss $P(0) = 1000$ , finn $P(t)$ og $P(10)$ .

📝Oppgave 8

Løys oppgåvene:

Løys $y' = y(1-y)$ (logistisk vekst).

📝Oppgave 9

Løys oppgåvene:

Eit radioaktivt stoff har halveringstid 5 år. Set opp og løys differensiallikninga. Kor mykje er att etter 12 år?

📝Oppgave 10

Løys oppgåvene:

Løys $\displaystyle \frac{dy}{dx} = \frac{x^2}{y^2}$ med $y(0) = 2$ .

Løs oppgaven

📝Oppgave 11

Løys oppgåvene:

Newtons avkjølingslov: $\displaystyle \frac{dT}{dt} = -k(T - T_s)$ . Løys med $T(0) = T_0$ .

📝Oppgave 12

Løys oppgåvene:

Ein kopp kaffi med 80°C blir plassert i rom med 20°C. Etter 10 min er han 60°C. Finn temperaturen etter 30 min.

Løs oppgaven

Oppsummering

Læringspunkt:
- Ei separabel differensiallikning kan skrivast $\displaystyle \frac{dy}{dx} = g(x)h(y)$ og blir løyst ved å samle $y$ -ledd på éi side og $x$ -ledd på den andre.
- Metoden: $\displaystyle \frac{dy}{h(y)} = g(x)\,dx$ , integrer begge sider og løys for $y$ .
- Spesialtilfellet $y' = ky$ gjev eksponentiell vekst/nedgang: $y = Ce^{kx}$ .
- Halveringstid og doblingstid: $\displaystyle T = \frac{\ln 2}{|k|}$ .
- Newtons avkjølingslov $\displaystyle \frac{dT}{dt} = -k(T - T_s)$ er separabel og gjev $T(t) = T_s + (T_0 - T_s)e^{-kt}$ .

Nøkkelomgrep	Forklaring
Separabel likning	Kan skrivast som $h(y)\,dy = g(x)\,dx$
Separasjon	Å samle kvar variabel på si side av likskapsteiknet
Eksponentiell modell	$y = Ce^{kx}$ , løysing av $y' = ky$
Halveringstid/doblingstid	Tida det tek å halvere/doble mengda

Viktige formlar:

y' = ky \implies y = Ce^{kx}, \qquad T_{1/2} = \frac{\ln 2}{k}

\frac{dT}{dt} = -k(T - T_s) \implies T(t) = T_s + (T_0 - T_s)e^{-kt}

Repetisjonsoppgåver

Din fremgang

0deloppgaver0 / 5 oppgaver

Dette kapitlet er skrevet av Anthropics toppmodeller (Claude Opus og Claude Fable) og er foreløpig ikke manuelt gjennomgått — kvalitetskontrollen gjøres av uavhengige KI-agenter, og innmeldte feil rettes fortløpende. Funnet en feil? Meld fra, så retter vi den. Les mer om hvordan innholdet lages.