求解微分方程:m*dv/dt=mg-k*v^2,v(0)=0
时间: 2023-06-24 17:08:07 浏览: 264
首先将微分方程化简为标准形式:
m dv/dt = mg - k v^2
将右侧的常数项移到左侧,得到:
m dv/dt + k v^2 = mg
这是一个一阶非齐次常微分方程,可以使用变量分离法求解。
首先将方程写成以下形式:
dv / (mg - k v^2) = dt / m
然后对两边同时进行积分:
∫ dv / (mg - k v^2) = ∫ dt / m
接下来需要进行一些代数变换:
令 u = v / sqrt(mg/k),则 dv = sqrt(mg/k) du
将上述代换带入原方程得到:
∫ du / (1 - u^2) = ∫ dt / sqrt(mgk)
这是一个简单的积分,可以使用部分分式分解和反三角函数来求解:
∫ du / (1 - u^2) = 1/2 ln |(1+u)/(1-u)| + C1
∫ dt / sqrt(mgk) = (1 / sqrt(mgk)) t + C2
将上述式子带回原方程,得到:
1/2 ln |(1+v/sqrt(mg/k))/(1-v/sqrt(mg/k))| = (1 / sqrt(mgk)) t + C
移项整理得到:
v(t) = sqrt(mg/k) * ( (1-e^(-2sqrt(mgk)/m t)) / (1+e^(-2sqrt(mgk)/m t)) )
根据初始条件 v(0) = 0,可以解出常数 C = 0,因此最终的解为:
v(t) = sqrt(mg/k) * ( (1-e^(-2sqrt(mgk)/m t)) / (1+e^(-2sqrt(mgk)/m t)) )
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