Skip to content · ⁨ข้ามไปยังเนื้อหา⁩

Differential Equations · ⁨สมการเชิงอนุพันธ์⁩

AP Calculus BC · Topic 7 · ⁨หัวข้อ 7⁩

Video lesson for this topic · ⁨บทเรียนวิดีโอสำหรับหัวข้อนี้⁩ Open the video page · ⁨เปิดหน้าวิดีโอ⁩
8:26

การสร้างโมเดลด้วยสมการเชิงอนุพันธ์

ปกติคุณจะได้ฟังก์ชันมาแล้วถูกถามหาความชัน สมการเชิงอนุพันธ์ทำให้กลับด้าน คุณได้รับกฎของความชัน在每个จุด และ…

English narration · English + 中文 subtitles burned in · ⁨การบรรยายภาษาอังกฤษ · คำบรรยายภาษาอังกฤษ + 中文 ลอยตัวบนภาพ⁩

7.1

Modeling Situations with Differential Equations · ⁨การสร้างแบบจำลองสถานการณ์ด้วยสมการเชิงอนุพันธ์⁩

Syllabus · ⁨หลักสูตร⁩
English

Enduring Understanding (FUN-7): Solving differential equations allows us to determine functions and develop models.

Learning Objective FUN-7.A: Interpret verbal statements of problems as differential equations involving a derivative expression.

  • FUN-7.A.1 Differential equations relate a function of an independent variable and the function's derivatives.
ไทย

ความเข้าใจที่ยั่งยืน (FUN-7): การแก้สมการเชิงอนุพันธ์ช่วยให้เราสามารถหาค่าฟังก์ชันและพัฒนาแบบจำลองได้

วัตถุประสงค์การเรียนรู้ FUN-7.A: ตีความข้อความปัญหาเป็นสมการเชิงอนุพันธ์ที่มีพจน์อนุพันธ์

  • FUN-7.A.1 สมการเชิงอนุพันธ์เชื่อมโยงฟังก์ชันของตัวแปรอิสระและการอนุพันธ์ของฟังก์ชันนั้นเข้าด้วยกัน

Source: College Board AP Course and Exam Description · ⁨แหล่งที่มา: คำอธิบายหลักสูตรและข้อสอบ College Board AP⁩

English

A differential equation 微分方程 relates a function to its derivatives. Many real situations are described by a rate: "the population grows at a rate proportional to its size" becomes $\dfrac{dP}{dt}=kP$. Setting up the equation from a verbal description – identifying what changes and what it is proportional to – is the first skill.

ไทย

สมการเชิงอนุพันธ์ เชื่อมโยงฟังก์ชันเข้ากับ อนุพันธ์ ของมัน สถานการณ์จริงจำนวนมากอธิบายด้วยอัตรา: "ประชากรเพิ่มขึ้นในอัตราแปรผันตรงกับขนาด" เขียนเป็น $\dfrac{dP}{dt}=kP$. การตั้งสมการจากคำบรรยาย – การระบุสิ่งที่เปลี่ยนแปลงและแปรผันตรงกับอะไร – คือทักษะแรก

7.2

Verifying Solutions for Differential Equations · ⁨การตรวจสอบคำตอบของสมการเชิงอนุพันธ์⁩

Syllabus · ⁨หลักสูตร⁩
English

Enduring Understanding (FUN-7): Solving differential equations allows us to determine functions and develop models.

Learning Objective FUN-7.B: Verify solutions to differential equations.

  • FUN-7.B.1 Derivatives can be used to verify that a function is a solution to a given differential equation.
  • FUN-7.B.2 There may be infinitely many general solutions to a differential equation.
ไทย

ความเข้าใจที่ยั่งยืน (FUN-7): การแก้สมการเชิงอนุพันธ์ช่วยให้เราสามารถหาค่าฟังก์ชันและพัฒนาแบบจำลองได้

วัตถุประสงค์การเรียนรู้ FUN-7.B: ตรวจสอบคำตอบของสมการเชิงอนุพันธ์

  • FUN-7.B.1 สามารถใช้การอนุพันธ์เพื่อตรวจสอบว่าฟังก์ชันใดเป็นคำตอบของสมการเชิงอนุพันธ์ที่กำหนดให้
  • FUN-7.B.2 อาจมีคำตอบทั่วไปของสมการเชิงอนุพันธ์เป็นจำนวนนับไม่ถ้วน

Source: College Board AP Course and Exam Description · ⁨แหล่งที่มา: คำอธิบายหลักสูตรและข้อสอบ College Board AP⁩

English

A solution is a function that satisfies the equation. To verify a proposed solution, differentiate it and substitute into the equation, checking that both sides agree. A general solution contains a constant $C$; a particular solution fixes $C$ from a condition.

ไทย

คำตอบ คือฟังก์ชันที่สอดคล้องกับสมการ. เพื่อ ตรวจสอบ คำตอบที่เสนอให้หาอนุพันธ์แล้วแทนลงในสมการ โดยตรวจสอบว่าทั้งสองข้างเท่ากัน คำตอบทั่วไป มีค่าคงที่ $C$; คำตอบเฉพาะ $C$ จากเงื่อนไข

7.3

Sketching Slope Fields · ⁨การวาดสนามความชัน⁩

Syllabus · ⁨หลักสูตร⁩
English

Enduring Understanding (FUN-7): Solving differential equations allows us to determine functions and develop models.

Learning Objective FUN-7.C: Estimate solutions to differential equations.

  • FUN-7.C.1 A slope field is a graphical representation of a differential equation on a finite set of points in the plane.
  • FUN-7.C.2 Slope fields provide information about the behavior of solutions to first-order differential equations.
ไทย

ความเข้าใจที่ยั่งยืน (FUN-7): การแก้สมการเชิงอนุพันธ์ช่วยให้เราสามารถหาค่าฟังก์ชันและพัฒนาแบบจำลองได้

วัตถุประสงค์การเรียนรู้ FUN-7.C: ประมาณคำตอบของสมการเชิงอนุพันธ์

  • FUN-7.C.1 สนามความชันคือภาพกราฟิกของสมการเชิงอนุพันธ์บนเซตจุดจำกัดในระนาบ
  • FUN-7.C.2 สนามความชันให้ข้อมูลเกี่ยวกับพฤติกรรมของคำตอบของสมการเชิงอนุพันธ์อันดับหนึ่ง

Source: College Board AP Course and Exam Description · ⁨แหล่งที่มา: คำอธิบายหลักสูตรและข้อสอบ College Board AP⁩

English
Slope fields & solution curves

A slope field 斜率场 draws a short line segment at many points, each with the slope $\dfrac{dy}{dx}$ the equation gives there. It pictures the family of solution curves without solving. To sketch one, evaluate the right-hand side at each grid point and draw a segment of that slope.

ไทย
สนามความชันและเส้นคำตอบ

สนามความชัน วาดเส้นท่อนสั้นๆ ที่จุดต่างๆ หลายจุด แต่ละจุดมีความชัน $\dfrac{dy}{dx}$ ตามที่สมการกำหนดที่จุดนั้น มันแสดงภาพครอบครัวของเส้นโค้งคำตอบโดยไม่ต้องแก้สมการ. ในการวาด ให้แทนค่าด้านขวาของสมการ在每个网格点 แล้ววาดเส้นท่อนด้วยความชันนั้น

สนามความชันแสดงความชันทุกจุด; เส้นโซลูชันตามทางมัน
สนามความชันแสดงความชันทุกจุด; เส้นโซลูชันตามทางมัน
Explore · ⁨สำรวจ⁩

Read a differential equation as a slope field · ⁨อ่านสมการเชิงอนุพันธ์เป็นสนามความชัน⁩

A slope field draws the slope $dy/dx$ at each point. A solution curve threads through, always tangent to the little segments — you can sketch it by following the flow. · ⁨สนามความชันวาดความชัน $dy/dx$ ที่แต่ละจุด เส้นโซลูชันทะลุผ่าน เสมอสัมผัสกับส่วนย่อยเล็ก ๆ — คุณสามารถวาดโดยติดตามการไหล⁩

Vocabulary · ⁨คำศัพท์⁩ Train · ⁨ฝึกฝน⁩
English ไทย
differential equation/ˌdɪfəˈrenʃl ɪˈkweɪʒn/ สมการเชิงอนุพันธ์
slope field/sləʊp fiːld/ สนามความชัน
Euler's method/ˈɔɪləz ˈmeθəd/ วิธีของออยเลอร์
separable/ˈsepərəbl/ แยกตัวแปรได้
initial condition/ɪˈnɪʃl kənˈdɪʃn/ เงื่อนไขเริ่มต้น
exponential growth or decay/ˌekspəˈnenʃl ɡrəʊθ ɔː dɪˈkeɪ/ การเติบโตหรือการสลายตัวแบบเอกซ์โพเนนเชียล
logistic model/ləˈdʒɪstɪk ˈmɒdl/ โมเดลโลจิสติก
carrying capacity/ˈkæriɪŋ kəˈpæsɪti/ ความจุการรองรับ
7.4

Reasoning Using Slope Fields · ⁨การให้เหตุผลโดยใช้สนามความชัน⁩

Syllabus · ⁨หลักสูตร⁩
English

Enduring Understanding (FUN-7): Solving differential equations allows us to determine functions and develop models.

Learning Objective FUN-7.C: Estimate solutions to differential equations.

  • FUN-7.C.3 Solutions to differential equations are functions or families of functions.
ไทย

ความเข้าใจที่ยั่งยืน (FUN-7): การแก้สมการเชิงอนุพันธ์ช่วยให้เราสามารถหาค่าฟังก์ชันและพัฒนาแบบจำลองได้

วัตถุประสงค์การเรียนรู้ FUN-7.C: ประมาณคำตอบของสมการเชิงอนุพันธ์

  • FUN-7.C.3 คำตอบของสมการเชิงอนุพันธ์เป็นฟังก์ชันหรือกลุ่มของฟังก์ชัน

Source: College Board AP Course and Exam Description · ⁨แหล่งที่มา: คำอธิบายหลักสูตรและข้อสอบ College Board AP⁩

English

A solution curve follows the segments like a boat following a current. From a slope field you can sketch the particular solution through a given point, describe long-run behavior, and locate where solutions level off (slopes near zero) – reasoning about solutions purely from the picture.

ไทย

เส้นโค้งคำตอบ ติดตามเส้นท่อน เหมือนเรือที่ลอยตามกระแสน้ำ. จากสนามความชัน คุณสามารถวาดคำตอบเฉพาะผ่านจุดที่กำหนด, อธิบายพฤติกรรมระยะยาว, และระบุตำแหน่งที่คำตอบราบเรียบ (ความชันใกล้ศูนย์) – การวิเคราะห์คำตอบจากภาพเพียงอย่างเดียว

7.5

Approximating Solutions Using Euler's Method · ⁨การประมาณคำตอบโดยใช้วิธีออยเลอร์⁩

Syllabus · ⁨หลักสูตร⁩
English

Enduring Understanding (FUN-7): Solving differential equations allows us to determine functions and develop models.

Learning Objective FUN-7.C: Estimate solutions to differential equations.

  • FUN-7.C.4 Euler's method provides a procedure for approximating a solution to a differential equation or a point on a solution curve. BC ONLY
ไทย

ความเข้าใจที่ยั่งยืน (FUN-7): การแก้สมการเชิงอนุพันธ์ช่วยให้เราสามารถหาค่าฟังก์ชันและพัฒนาแบบจำลองได้

วัตถุประสงค์การเรียนรู้ FUN-7.C: ประมาณคำตอบของสมการเชิงอนุพันธ์

  • FUN-7.C.4 วิธีของออยเลอร์ให้ขั้นตอนการประมาณคำตอบของสมการเชิงอนุพันธ์หรือจุดบนเส้นโค้งคำตอบ BC ONLY

Source: College Board AP Course and Exam Description · ⁨แหล่งที่มา: คำอธิบายหลักสูตรและข้อสอบ College Board AP⁩

English
Euler's method

Euler's method 欧拉方法 approximates a solution numerically by stepping along the slope field. Starting from a known point, take a small step $\Delta x$ and update:

$$y_{\text{new}}=y_{\text{old}}+\frac{dy}{dx}\cdot\Delta x.$$
Repeat for each step. Smaller steps give a better approximation. (This is a BC-only technique.)

Exam skill: be able to carry out two or three Euler steps by hand from a table, and know that Euler's method under- or over-estimates depending on the solution's concavity.

Worked example. Approximate $y(1)$ for $\dfrac{dy}{dx}=x+y$, $y(0)=1$, with step $\Delta x=0.5$. Step 1: slope at $(0,1)$ is $0+1=1$, so $y(0.5)\approx 1+1(0.5)=1.5$. Step 2: slope at $(0.5,1.5)$ is $0.5+1.5=2$, so $y(1)\approx 1.5+2(0.5)=2.5$.

ไทย
วิธีออยเลอร์

วิธีออยเลอร์ ประมาณคำตอบเชิงตัวเลขโดยการก้าวไปตามสนามความชัน เริ่มจากจุดที่ทราบก่อน ให้ก้าวเล็ก $\Delta x$ และอัปเดต:

$$y_{\text{new}}=y_{\text{old}}+\frac{dy}{dx}\cdot\Delta x.$$
ทำซ้ำสำหรับแต่ละขั้น. ก้าวที่เล็กลงจะให้ค่าประมาณที่ดีขึ้น. (นี่เป็นเทคนิคที่ใช้เฉพาะใน BC เท่านั้น)

ทักษะข้อสอบ: ต้อง能做两三个欧拉步骤从表格中, และรู้ว่าวิธีออยเลอร์ ประเมินต่ำหรือสูงเกินไป ขึ้นอยู่กับความเว้าของคำตอบ

ตัวอย่างที่หาคำตอบแล้ว. ประมาณค่า $y(1)$ สำหรับ $\dfrac{dy}{dx}=x+y$, $y(0)=1$, ด้วยขั้นบันได $\Delta x=0.5$. ขั้นบันไดที่ 1: ความชันที่ $(0,1)$ คือ $0+1=1$, ดังนั้น $y(0.5)\approx 1+1(0.5)=1.5$. ขั้นบันไดที่ 2: ความชันที่ $(0.5,1.5)$ คือ $0.5+1.5=2$, ดังนั้น $y(1)\approx 1.5+2(0.5)=2.5$.

7.6

Finding General Solutions Using Separation of Variables · ⁨การหาคำตอบทั่วไปด้วยการแยกตัวแปร⁩

Syllabus · ⁨หลักสูตร⁩
English

Enduring Understanding (FUN-7): Solving differential equations allows us to determine functions and develop models.

Learning Objective FUN-7.D: Determine general solutions to differential equations.

  • FUN-7.D.1 Some differential equations can be solved by separation of variables.
  • FUN-7.D.2 Antidifferentiation can be used to find general solutions to differential equations.
ไทย

ความเข้าใจที่ยั่งยืน (FUN-7): การแก้สมการเชิงอนุพันธ์ช่วยให้เราสามารถหาค่าฟังก์ชันและพัฒนาแบบจำลองได้

วัตถุประสงค์การเรียนรู้ FUN-7.D: หาคำตอบทั่วไปของสมการเชิงอนุพันธ์

  • FUN-7.D.1 สมการเชิงอนุพันธ์บางชนิดสามารถแก้ได้โดยการแยกตัวแปร
  • FUN-7.D.2 การหาฟังก์ชันหาอนุพันธ์สามารถใช้หาคำตอบทั่วไปของสมการเชิงอนุพันธ์ได้

Source: College Board AP Course and Exam Description · ⁨แหล่งที่มา: คำอธิบายหลักสูตรและข้อสอบ College Board AP⁩

English

A separable 可分离 differential equation can be written with all the $y$'s on one side and all the $x$'s on the other, then integrated:

$$\frac{dy}{dx}=g(x)h(y)\ \Rightarrow\ \int\frac{dy}{h(y)}=\int g(x)\,dx.$$
This produces the general solution (with a $+C$), the main analytic method for solving differential equations in this course.

Worked example. Solve $\dfrac{dy}{dx}=xy$ with $y(0)=2$. Separating, $\int\frac{dy}{y}=\int x\,dx$ gives $\ln|y|=\frac{x^2}{2}+C$, so $y=Ae^{x^2/2}$. The condition $y(0)=2$ gives $A=2$, so $y=2e^{x^2/2}$.

ไทย
E. coli ภายใต้กล้องจุลทรรศน์: สมการเชิงอนุพันธ์จำลองการเติบโตแบบเอ็กซ์โพเนนเชียล
E. coli ภายใต้กล้องจุลทรรศน์: สมการเชิงอนุพันธ์จำลองการเติบโตแบบเอ็กซ์โพเนนเชียล

สมการเชิงอนุพันธ์แบบแยกตัวแปรได้ สามารถเขียนให้ตัวแปร $y$ อยู่ด้านหนึ่งและตัวแปร $x$ อยู่อีกด้านหนึ่ง แล้วอินทิเกรต:

$$\frac{dy}{dx}=g(x)h(y)\ \Rightarrow\ \int\frac{dy}{h(y)}=\int g(x)\,dx.$$
สิ่งนี้จะสร้างคำตอบทั่วไป (พร้อมค่าคงที่ $+C$) ซึ่งเป็นวิธีการวิเคราะห์หลักในการแก้สมการเชิงอนุพันธ์ในรายวิชานี้

ตัวอย่างแสดงวิธีทำ. แก้ $\dfrac{dy}{dx}=xy$ ด้วย $y(0)=2$. แยกตัวแปร, $\int\frac{dy}{y}=\int x\,dx$ ได้ $\ln|y|=\frac{x^2}{2}+C$, ดังนั้น $y=Ae^{x^2/2}$. เงื่อนไข $y(0)=2$ ได้ $A=2$, ดังนั้น $y=2e^{x^2/2}$.

7.7

Finding Particular Solutions Using Initial Conditions · ⁨การหาคำตอบเฉพาะโดยใช้เงื่อนไขเริ่มต้น⁩

Syllabus · ⁨หลักสูตร⁩
English

Enduring Understanding (FUN-7): Solving differential equations allows us to determine functions and develop models.

Learning Objective FUN-7.E: Determine particular solutions to differential equations.

  • FUN-7.E.1 A general solution may describe infinitely many solutions to a differential equation. There is only one particular solution passing through a given point.
  • FUN-7.E.2 The function $F$ defined by $F(x) = y_0 + \int_a^x f(t)\,dt$ is a particular solution to the differential equation $\dfrac{dy}{dx} = f(x)$, satisfying $F(a) = y_0$.
  • FUN-7.E.3 Solutions to differential equations may be subject to domain restrictions.
ไทย

ความเข้าใจที่ยั่งยืน (FUN-7): การแก้สมการเชิงอนุพันธ์ช่วยให้เราสามารถหาค่าฟังก์ชันและพัฒนาแบบจำลองได้

วัตถุประสงค์การเรียนรู้ FUN-7.E: หาคำตอบเฉพาะของสมการเชิงอนุพันธ์

  • FUN-7.E.1 คำตอบทั่วไปอาจอธิบายคำตอบนับไม่ถ้วนของสมการเชิงอนุพันธ์ มีเพียงคำตอบเฉพาะเดียวที่ผ่านจุดที่กำหนดเท่านั้น
  • FUN-7.E.2 ฟังก์ชัน $F$ ที่นิยามโดย $F(x) = y_0 + \int_a^x f(t)\,dt$ เป็นคำตอบเฉพาะของสมการเชิงอนุพันธ์ $\dfrac{dy}{dx} = f(x)$ โดยสอดคล้องกับ $F(a) = y_0$
  • FUN-7.E.3 คำตอบของสมการเชิงอนุพันธ์อาจถูกจำกัดโดยโดเมน

Source: College Board AP Course and Exam Description · ⁨แหล่งที่มา: คำอธิบายหลักสูตรและข้อสอบ College Board AP⁩

English

An initial condition 初始条件 (a known point, e.g. $y(0)=5$) pins down the constant $C$. Solve for the general solution, substitute the condition to find $C$, then write the particular solution. Watch the domain – a particular solution is valid only on the interval containing the initial point.

ไทย

เงื่อนไขเริ่มต้น (จุดที่ทราบ เช่น $y(0)=5$) จะกำหนดค่าคงที่ $C$. แก้หาคำตอบทั่วไป แทนเงื่อนไขเพื่อหาค่า $C$, จากนั้นเขียนคำตอบเฉพาะ. ระวังโดเมน – คำตอบเฉพาะใช้ได้เฉพาะในช่วงที่มีจุดเริ่มต้น

ค่าคงที่สร้างครอบครัวของเส้นโค้ง; เงื่อนไขเริ่มต้นเลือกเส้นโค้งหนึ่ง
ค่าคงที่สร้างครอบครัวของเส้นโค้ง; เงื่อนไขเริ่มต้นเลือกเส้นโค้งหนึ่ง
7.8

Exponential Models with Differential Equations · ⁨โมเดลเอ็กซ์โพเนนเชียลด้วยสมการเชิงอนุพันธ์⁩

Syllabus · ⁨หลักสูตร⁩
English

Enduring Understanding (FUN-7): Solving differential equations allows us to determine functions and develop models.

Learning Objective FUN-7.F: Interpret the meaning of a differential equation and its variables in context.

  • FUN-7.F.1 Specific applications of finding general and particular solutions to differential equations include motion along a line and exponential growth and decay.
  • FUN-7.F.2 The model for exponential growth and decay that arises from the statement "The rate of change of a quantity is proportional to the size of the quantity" is $\dfrac{dy}{dt} = ky$.

Learning Objective FUN-7.G: Determine general and particular solutions for problems involving differential equations in context.

  • FUN-7.G.1 The exponential growth and decay model, $\dfrac{dy}{dt} = ky$, with initial condition $y = y_0$ when $t = 0$, has solutions of the form $y = y_0 e^{kt}$.
ไทย

ความเข้าใจที่ยั่งยืน (FUN-7): การแก้สมการเชิงอนุพันธ์ช่วยให้เราสามารถหาค่าฟังก์ชันและพัฒนาแบบจำลองได้

วัตถุประสงค์การเรียนรู้ FUN-7.F: ตีความความหมายของสมการเชิงอนุพันธ์และตัวแปรในบริบท

  • FUN-7.F.1 การประยุกต์ใช้การหาคำตอบทั่วไปและคำตอบเฉพาะของสมการเชิงอนุพันธ์รวมถึงการเคลื่อนที่ตามเส้นตรงและการเติบโตแบบเอ็กซ์โพเนนเชียลและการสลายตัว
  • FUN-7.F.2 แบบจำลองการเติบโตแบบเอ็กซ์โพเนนเชียลและการสลายตัวที่เกิดขึ้นจากข้อความ "อัตราการเปลี่ยนแปลงของปริมาณมีความสัมพันธ์โดยตรงกับขนาดของปริมาณ" คือ $\dfrac{dy}{dt} = ky$

วัตถุประสงค์การเรียนรู้ FUN-7.G: หาคำตอบทั่วไปและคำตอบเฉพาะสำหรับปัญหาที่เกี่ยวข้องกับสมการเชิงอนุพันธ์ในบริบท

  • FUN-7.G.1 แบบจำลองการเติบโตแบบเอ็กซ์โพเนนเชียลและการสลายตัว $\dfrac{dy}{dt} = ky$ โดยมีเงื่อนไขเริ่มต้น $y = y_0$ เมื่อ $t = 0$, มีคำตอบอยู่ในรูป $y = y_0 e^{kt}$

Source: College Board AP Course and Exam Description · ⁨แหล่งที่มา: คำอธิบายหลักสูตรและข้อสอบ College Board AP⁩

English
Exponential vs logistic growth

The equation $\dfrac{dy}{dt}=ky$ says the rate of change is proportional to the amount – giving exponential growth or decay 指数增长. Separating variables yields

$$y=y_0 e^{kt},$$
with $k>0$ for growth and $k<0$ for decay. This models unrestricted population growth, radioactive decay, and continuously compounded interest.

ไทย
การเจริญเติบโตแบบเอ็กซ์โพเนนเชียลเทียบกับโลจิสติกส์

สมการ $\dfrac{dy}{dt}=ky$ บอกว่าอัตราการเปลี่ยนแปลง แปรผันตรงกับ ปริมาณ – ซึ่งให้ การเติบโตหรือลดลงแบบเอ็กซ์โพเนนเชียล. การแยกตัวแปรจะได้

$$y=y_0 e^{kt},$$
โดยมี $k>0$ สำหรับการเติบโตและ $k<0$ สำหรับการลดลง. สิ่งนี้จำลองการเติบโตของประชากรที่ไม่มีการจำกัด, การสลายตัวของสารกัมมันตรังสี, และดอกเบี้ยทบต้น

ถ้วยกาแฟที่กำลังเย็นลง: กฎการทำความเย็นของนิวตันเป็นโมเดลสมการเชิงอนุพันธ์คลาสสิก
ถ้วยกาแฟที่กำลังเย็นลง: กฎการทำความเย็นของนิวตันเป็นโมเดลสมการเชิงอนุพันธ์คลาสสิก
Explore · ⁨สำรวจ⁩

An exponential growth/decay model · ⁨โมเดลการเติบโต/การสลายตัวแบบเอกซ์โพเนนเชียล⁩

y = a·e^(bx) + c

The equation $dy/dt=ky$ has exponential solutions: quantity changes at a rate proportional to itself, giving unbounded growth ($k>0$) or decay to zero ($k<0$). · ⁨สมการ $dy/dt=ky$ มี เอกซ์โพเนนเชียล โซลูชัน: ปริมาณเปลี่ยนแปลงด้วยอัตราที่เป็นสัดส่วนกับตัวเอง ให้การเติบโตที่ไม่จำกัด ($k>0$) หรือการสลายตัวสู่ศูนย์ ($k<0$)⁩

7.9

Logistic Models with Differential Equations · ⁨โมเดลโลจิสติกส์ด้วยสมการเชิงอนุพันธ์⁩

Syllabus · ⁨หลักสูตร⁩
English

Enduring Understanding (FUN-7): Solving differential equations allows us to determine functions and develop models.

Learning Objective FUN-7.H: Interpret the meaning of the logistic growth model in context. BC ONLY

  • FUN-7.H.1 The model for logistic growth that arises from the statement "The rate of change of a quantity is jointly proportional to the size of the quantity and the difference between the quantity and the carrying capacity" is $\dfrac{dy}{dt} = ky(a - y)$. BC ONLY
  • FUN-7.H.2 The logistic differential equation and initial conditions can be interpreted without solving the differential equation. BC ONLY
  • FUN-7.H.3 The limiting value (carrying capacity) of a logistic differential equation as the independent variable approaches infinity can be determined using the logistic growth model and initial conditions. BC ONLY
  • FUN-7.H.4 The value of the dependent variable in a logistic differential equation at the point when it is changing fastest can be determined using the logistic growth model and initial conditions. BC ONLY
ไทย

ความเข้าใจที่ยั่งยืน (FUN-7): การแก้สมการเชิงอนุพันธ์ช่วยให้เราสามารถหาค่าฟังก์ชันและพัฒนาแบบจำลองได้

วัตถุประสงค์การเรียนรู้ FUN-7.H: ตีความความหมายของโมเดลการเติบโตแบบลอจิสติกในบริบทที่กำหนด BC ONLY

  • FUN-7.H.1 โมเดลสำหรับการเติบโตแบบลอจิสติกที่เกิดขึ้นจากข้อความ "อัตราการเปลี่ยนแปลงของปริมาณหนึ่งแปรผันร่วมกับขนาดของปริมาณนั้นและความแตกต่างระหว่างปริมาณนั้นกับความจุรองรับ" คือ $\dfrac{dy}{dt} = ky(a - y)$ BC ONLY
  • FUN-7.H.2 สมการเชิงอนุพันธ์ลอจิสติกและเงื่อนไขเริ่มต้นสามารถตีความได้โดยไม่ต้องแก้สมการเชิงอนุพันธ์ BC ONLY
  • FUN-7.H.3 ค่าลิมิต (ความจุรองรับ) ของสมการเชิงอนุพันธ์ลอจิสติกเมื่อตัวแปรอิสระเข้าใกล้ค่าอนันต์ สามารถหาได้โดยใช้โมเดลการเติบโตแบบลอจิสติกและเงื่อนไขเริ่มต้น BC ONLY
  • FUN-7.H.4 ค่าของตัวแปรตามในสมการเชิงอนุพันธ์ลอจิสติก ณ จุดที่เปลี่ยนเร็วที่สุด สามารถหาได้โดยใช้โมเดลการเติบโตแบบลอจิสติกและเงื่อนไขเริ่มต้น BC ONLY

Source: College Board AP Course and Exam Description · ⁨แหล่งที่มา: คำอธิบายหลักสูตรและข้อสอบ College Board AP⁩

English

Real growth is limited by resources, so the logistic model 逻辑斯蒂模型 adds a carrying capacity 环境容纳量 $L$:

$$\frac{dP}{dt}=kP\!\left(1-\frac{P}{L}\right).$$
Growth is nearly exponential when $P$ is small, slows as $P$ approaches $L$, and stops at $P=L$. Key BC facts: the population levels off at $L$ ($\lim_{t\to\infty}P=L$), and it grows fastest when $P=\tfrac{L}{2}$ (the inflection point of the S-shaped curve). You are expected to read $L$ and the fastest-growth value directly from the equation.

Worked example. For $\dfrac{dP}{dt}=0.05\,P\!\left(1-\dfrac{P}{2000}\right)$, the carrying capacity is $L=2000$ (the population levels off there), and growth is fastest when $P=\dfrac{L}{2}=1000$ – both read straight off the equation, no solving needed.

ไทย

การเติบโตจริงถูกจำกัดด้วยทรัพยากร ดังนั้น โมเดลโลจิสติกส์ จึงเพิ่ม ความสามารถรองรับ $L$:

$$\frac{dP}{dt}=kP\!\left(1-\frac{P}{L}\right).$$
การเติบโตจะเป็นเกือบเอ็กซ์โพเนนเชียลเมื่อ $P$ มีค่าน้อย, ช้าลงเมื่อ $P$ เข้าใกล้ $L$, และหยุดที่ $P=L$. ข้อเท็จจริงสำคัญจาก BC: จำนวนประชากร คงที่ที่ $L$ ($\lim_{t\to\infty}P=L$), และเติบโต เร็วที่สุดเมื่อ $P=\tfrac{L}{2}$ (จุดเปลี่ยนเว้าของกราฟรูปตัว S) คุณควรอ่านค่า $L$ และค่าการเติบโต fastest โดยตรงจากสมการ

ตัวอย่างที่หาคำตอบแล้ว. สำหรับ $\dfrac{dP}{dt}=0.05\,P\!\left(1-\dfrac{P}{2000}\right)$, ความจุรองรับคือ $L=2000$ (จำนวนประชากรคงที่ที่นั่น), และการเติบโตเร็วที่สุดเมื่อ $P=\dfrac{L}{2}=1000$ – อ่านได้โดยตรงจากสมการ ไม่ต้องแก้สมการ

โมเดลโลจิสติกเติบโตเร็วที่สุดที่ P=L/2 และคงที่ที่ความจุรองรับ L
โมเดลโลจิสติกเติบโตเร็วที่สุดที่ P=L/2 และคงที่ที่ความจุรองรับ L
7.9

Exam tips · ⁨ข้อแนะนำสำหรับการสอบ⁩

English
  • Solve a separable equation by getting all $y$ on one side and all $x$ on the other, then integrating both sides (add $+C$ once).
  • Use the initial condition to find $C$ (a particular solution).
  • Sketch or read a slope field: the little segments show $\tfrac{dy}{dx}$ at each point, and a solution curve follows them.
  • Recognise exponential models $\tfrac{dy}{dt}=ky\Rightarrow y=Ce^{kt}$ (growth/decay).
  • A differential equation gives the slope — you must integrate to recover the function.
ไทย
  • แก้สมการที่ แยกตัวแปรได้ โดยย้ายทุก $y$ ไปด้านหนึ่ง และทุก $x$ ไปอีกด้าน แล้วอินทิเกรตทั้งสองข้าง (เพิ่ม $+C$ ครั้งเดียว)
  • ใช้เงื่อนไขเริ่มต้นเพื่อหา $C$ (คำตอบเฉพาะ)
  • วาดหรืออ่าน สนามความชัน: เส้นท่อน้อยๆ แสดง $\tfrac{dy}{dx}$ ที่แต่ละจุด และเส้นคำตอบจะลากตามทิศทางเหล่านั้น
  • จำแนก โมเดลเอ็กซ์โพเนนเชียล $\tfrac{dy}{dt}=ky\Rightarrow y=Ce^{kt}$ (การเติบโต/การสลายตัว)
  • สมการเชิงอนุพันธ์ให้ความชัน – คุณต้องอินทิเกรตเพื่อคืนฟังก์ชันกลับ

Interactive lessons on this topic · ⁨บทเรียนเชิงโต้ตอบสำหรับหัวข้อนี้⁩

Work through it step by step, with instant-check exercises. · ⁨ทำทีละขั้นตอน พร้อมแบบฝึกหัดตรวจสอบผลทันที⁩

Past Papers · ⁨ข้อสอบย้อนหลัง⁩

More topics in AP Calculus BC · ⁨หัวข้อเพิ่มเติมใน AP Calculus BC⁩

Log in or create account · ⁨เข้าสู่ระบบหรือสร้างบัญชี⁩

IGCSE, A-Level & AP