一电艇正以v0匀速直线行驶关闭发动机后得到一个与船速反向、大小与船速平方成正比的加速度即a=dvdt=-kv2k为一正常数求:电艇行驶距离x时的速率表达式。
根据题目中所给的条件,可以列出如下微分方程:
dv/dt = -kv^2
将其分离变量,得到:
-1/v^2 dv = k dt
对两边积分,得到:
1/v = kt + C
其中C为积分常数,由初值条件确定。当t=0时,电艇速度为v0,因此有:
1/v0 = C
将C代入上式,得到:
1/v = kt + 1/v0
两边取倒数,得到:
v = v0/(1 + kv0t)
将t=0时,电艇行驶的距离为0,而t时刻行驶的距离x可以表示为:
x = ∫v0/(1 + kv0t) dt
进行变量代换,令u = 1 + kv0t,得到du/dt = kv0,从而有:
x = ∫v0/(k v0 u) du = (1/k) ln(u) + C'
其中C'为积分常数,由初值条件确定。当t=0时,电艇行驶距离为0,因此有:
C' = -1/k ln(1 + kv0t)
将C'代入上式,得到:
x = (1/k) ln[1 + kv0t/(1 + kv0t)]
因此,电艇行驶距离x时的速率表达式为:
v = v0/(1 + kv0t)
x = (1/k) ln[1 + kv0t/(1 + kv0t)]
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