[剑桥] 在一项化学反应中,化合物 由化合物 生成。在反应开始后 秒时,存在的 和 的质量(以克为单位)分别为 和 。在整个反应过程中,两种物质的质量之和始终等于 100 克。在任何时刻, 的生成速率与该时刻 的质量成正比。当 时, 且 。
- (i)
证明 满足微分方程
- (ii)
解此微分方程,得到用 表示 的表达式。
- (iii)
说明当 变得非常大时, 的值会发生什么变化。
它不会直接告诉你答案,而是问你卡在哪一步看看 AI 是怎么陪你一步步弄懂这道题的
完整解法
Q1(i)
1. Translate the problem statement into a differential equation with an unknown constant of proportionality.
We are given that the sum of the masses is , so .
The rate of formation of is proportional to the mass of (), which gives:
Substituting into the equation yields:
2. Substitute the initial conditions to find the constant $k$ and deduce the final differential equation.
Substitute the initial conditions (, , ) into the equation:
Therefore, we have shown that:
\text{Shown.}
Q1(ii)
1. Separate the variables $x$ and $t$.
2. Integrate both sides with respect to their variables.
3. Use the initial conditions to find the constant of integration $C$.
Substitute and :
4. Rearrange the equation to express $x$ explicitly in terms of $t$.
Substitute back into the equation:
Q1(iii)
1. Determine the limit of $x$ as $t \to \infty$ using the solution to the differential equation.
From part (ii), solving gives . Applying the initial conditions yields .
As becomes very large (), the exponential term .
Therefore, .
approaches
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