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常微分方程式:1階線形微分方程式の解と半減期

技術士第一次試験 基礎科目/解析に関するもの/第7問(全15問)問題データ更新 2026-10-19

007五肢択一数値計算1階線形微分方程式の解と半減期●●○

微分方程式 dy/dt=-3y を初期条件 y(0)=2 のもとで解いたとき、y が初期値の半分(y=1)になる時刻 t として最も近い値は、次のうちどれか。ただし、ln2=0.693 とする。

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解答正解 4

変数分離により dy/y=-3dt、ln|y|=-3t+C、y=y(0)e^(-3t)=2e^(-3t) となる。y=1 とおくと e^(-3t)=1/2 であるから t=ln2/3≒0.231 である。半減期は初期値に依存せず、係数のみで決まる。放射性崩壊や RC 回路の放電など、指数関数的な減衰に共通する考え方である。

選択肢ごとの判定

13×ln2 の値。係数 3 を割るべきところで掛けている。
2ln2 の値。係数 3 を考慮していない(y′=-y の場合の値)。
31/3 の値。y が初期値の 1/e になる時刻(時定数)であり、半分になる時刻ではない。
4正しい。y=2e^(-3t)=1 より、e^(-3t)=1/2、t=ln2/3≒0.231 となる。
5ln2/6 の値。初期値 2 を係数に混ぜて 3×2 で割った誤り。初期値は半減期に影響しない。
根拠区分 工学基礎出典 常微分方程式の基礎(変数分離形)更新 2026-10-19

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