Math Problem Statement

水以 𝑑𝑉 的速率泵入水箱 𝑑𝑡 = 5𝑡 3 2 𝑚3 /𝑚𝑖𝑛,其中 V 是體積 水(立方米) t 是以分鐘為單位的時間。 a) 求 t 分鐘後水箱內水的體積。 假設初始條件為 V = 30立方米 ,當 t = 0 時。

Solution

要找出在 tt 分鐘後水箱內水的體積,我們需要對給定的流率進行積分。給出的流率是:

dVdt=5t3/2\frac{dV}{dt} = 5t^{3/2}

我們需要積分這個方程來獲得 VV 作為 tt 的函數。積分得到:

V(t)=5t3/2dtV(t) = \int 5t^{3/2} \, dt

計算這個不定積分:

V(t)=5t3/2dt=525t5/2+C=2t5/2+CV(t) = 5 \int t^{3/2} \, dt = 5 \cdot \frac{2}{5} t^{5/2} + C = 2t^{5/2} + C

其中 CC 是積分常數。我們可以使用初始條件來找出 CC。已知當 t=0t = 0 時,V=30V = 30 立方米:

30=2(0)5/2+C    C=3030 = 2(0)^{5/2} + C \implies C = 30

因此,水箱內水的體積隨時間的方程為:

V(t)=2t5/2+30V(t) = 2t^{5/2} + 30

這就是水箱在 tt 分鐘後的水量體積公式。

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Math Problem Analysis

Mathematical Concepts

Integration
Calculus
Initial Value Problems

Formulas

V(t) = ∫(dV/dt) dt
V(t) = 2t^(5/2) + C
Initial condition: V(0) = 30

Theorems

Fundamental Theorem of Calculus

Suitable Grade Level

Grades 11-12