1. समस्या: एक गोलाकार गुब्बारे की त्रिज्या $r$ समय $t$ के साथ स्थिर गति से बदल रही है। आरंभ में $r=3$ ईकाई और 3 सेकंड बाद $r=6$ ईकाई है। $t$ सेकंड बाद त्रिज्या ज्ञात करें।
2. सूत्र: चूंकि त्रिज्या स्थिर गति से बढ़ रही है, अतः $r$ और $t$ के बीच रैखिक संबंध होगा:
$$r = r_0 + vt$$
जहाँ $r_0$ प्रारंभिक त्रिज्या और $v$ वृद्धि की दर है।
3. गणना:
प्रारंभ में $r_0=3$
3 सेकंड बाद $r=6$
इससे $v = \frac{6-3}{3} = 1$ ईकाई/सेकंड
4. अतः $t$ सेकंड बाद त्रिज्या:
$$r = 3 + 1 \times t = 3 + t$$
5. समस्या: बैंक में मूलधन $P$ वार्षिक वृद्धि दर $r\%$ से बढ़ता है। 100 रुपये 10 वर्षों में दोगुना हो जाते हैं। $r$ ज्ञात करें। (दी गई: $\log_e 2 = 0.6931$)
6. सूत्र: चूंकि वृद्धि चक्रवृद्धि है, राशि:
$$A = P e^{rt}$$
यहाँ $A=2P$, $t=10$
7. समीकरण:
$$2P = P e^{r \times 10} \Rightarrow 2 = e^{10r}$$
8. दोनों ओर प्राकृतिक लघुगणक लें:
$$\log_e 2 = 10r \Rightarrow r = \frac{0.6931}{10} = 0.06931 = 6.931\%$$
9. समस्या: बैंक में 5% वार्षिक वृद्धि दर से 1000 जमा किए जाते हैं। 10 वर्ष बाद राशि ज्ञात करें। ($e^{0.5} = 1.648$)
10. सूत्र:
$$A = P e^{rt}$$
यहाँ $P=1000$, $r=0.05$, $t=10$
11. गणना:
$$A = 1000 \times e^{0.05 \times 10} = 1000 \times e^{0.5} = 1000 \times 1.648 = 1648$$
12. समस्या: जीवाणु संख्या $N=100000$ है। 2 घंटे में 10% वृद्धि होती है। कितने घंटे में संख्या 200000 होगी, यदि वृद्धि दर संख्या के समानुपाती है?
13. सूत्र: वृद्धि दर $k$ के साथ:
$$\frac{dN}{dt} = kN$$
14. हल:
$$N = N_0 e^{kt}$$
15. 2 घंटे में 10% वृद्धि:
$$110000 = 100000 e^{2k} \Rightarrow e^{2k} = 1.1$$
16. दोनों ओर लघुगणक लें:
$$2k = \log_e 1.1 \Rightarrow k = \frac{\log_e 1.1}{2}$$
17. अब $N=200000$ के लिए समय $t$:
$$200000 = 100000 e^{kt} \Rightarrow 2 = e^{kt}$$
18. लघुगणक लें:
$$\log_e 2 = kt \Rightarrow t = \frac{\log_e 2}{k} = \frac{0.6931}{\frac{\log_e 1.1}{2}} = \frac{0.6931 \times 2}{\log_e 1.1}$$
19. $\log_e 1.1 \approx 0.09531$ (लगभग)
20. अतः:
$$t = \frac{0.6931 \times 2}{0.09531} \approx 14.54 \text{ घंटे}$$
अंतिम उत्तर:
1) $r = 3 + t$
2) $r = 6.931\%$
3) राशि = 1648
4) समय $t \approx 14.54$ घंटे
Differential Equations 49C06A
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