유형·난이도는 우리말 풀이가 붙은 문제는 선생님이 정했고, 나머지는 자동 분류라 다를 수 있어요. 난이도가 정해지지 않은 문제는 난이도로 거를 때 빠집니다.

43문제 · 3 / 3쪽

41.CLP-1 · 3.3절 · 5번대학 수준우리말 번역

한 농부가 붉은 염료를 만드는 데 쓰이는 곤충인 코치닐을 기르려고 한다. 농부는 시험 삼아 코치닐을 소수만 기른다. 공간과 먹이가 충분할 때, 시험용 코치닐 집단은 3개월 후 200개체에서 1000개체로 늘어난다.

농부의 계획은 처음에 P(0)P(0) 마리의 코치닐로 시작하여 1년 후에 1 000 000+P(0)1\,000\,000+P(0) 마리가 되게 하는 것이다. 그러면 100만 마리는 수확하고, P(0)P(0) 마리는 남겨 두어 다시 번식을 시작할 수 있다. 맬서스 모형에 따르면 처음 개체 수 P(0)P(0) 은 얼마여야 하는지 구하세요.

영어 원문 보기

A farmer wants to farm cochineals, which are insects used to make red dye. The farmer raises a small number of cochineals as a test. In three months, a test population of cochineals will increase from 200 individuals to 1000, given ample space and food.

The farmer's plan is to start with an initial population of P(0)P(0) cochineals, and after a year have 1 000 000+P(0)1\,000\,000+P(0) cochineals, so that one million can be harvested, and P(0)P(0) saved to start breeding again. What initial population P(0)P(0) does the Malthusian model suggest?

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맬서스 모형에 따르면, P(0)P(0) 마리의 코치닐로 시작할 때 3개월 후의 개체 수는 다음과 같다.

P(t)=P(0)ebt어떤 상수 b 에 대해. 상수 b 는 단위 시간당 개체 한 마리가 만드는 순출생률이다. 더 큰 집단의 순출생률도 시험용 집단과 같다고 가정하면, 시험 자료를 이용하여 eb 를 구할 수 있다. Q(t) 를 시각 t 에서 시험용 집단의 개체 수라고 하자.Q(t)=Q(0)ebt=200ebt1000=Q(3)=200e3b5=e3beb=51/3이제 출생률을 알았으므로 다음과 같이 예측한다.P(t)=P(0)(eb)t=P(0)⋅5t3P(12)=106+P(0) 이어야 한다.106+P(0)=P(12)=P(0)⋅5123=P(0)⋅54106=P(0)⋅54−P(0)=P(0)[54−1]P(0)=10654−1≈1603\begin{aligned} P(t)&=P(0)e^{bt} \\ \text{어떤 상수 $b$ 에 대해. 상수 $b$ 는 단위 시간당 개체 한 마리가 만드는 순출생률이다. 더 큰 집단의 순출생률도 시험용 집단과 같다고 가정하면, 시험 자료를 이용하여 $e^b$ 를 구할 수 있다. $Q(t)$ 를 시각 $t$ 에서 시험용 집단의 개체 수라고 하자.} \\ Q(t)&=Q(0)e^{bt}=200e^{bt}\\ 1000&=Q(3)=200e^{3b}\\ 5&=e^{3b}\\ e^b&=5^{1/3} \\ \text{이제 출생률을 알았으므로 다음과 같이 예측한다.} \\ P(t)&=P(0)\left(e^{b}\right)^t=P(0)\cdot5^{\tfrac{t}{3}} \\ \text{$P(12)=10^6+P(0)$ 이어야 한다.} \\ 10^6+P(0)=P(12)&=P(0)\cdot 5^{\tfrac{12}{3}}=P(0)\cdot 5^4\\ 10^6&=P(0)\cdot 5^4-P(0)=P(0)\left[5^4-1\right]\\ P(0)&=\frac{10^6}{5^4-1}\approx 1603 \end{aligned}

농부는 처음 개체 수를 (적어도) 약 1603 마리로 해야 한다.

참고: 다음 해의 번식을 위해 P(0)P(0) 마리를 남겨 두어야 한다는 조건이 없었다면, 1년 후에 100만 마리를 얻기 위해 처음에 필요한 코치닐 수는 1600 마리로, 거의 같다.

원본 교재 풀이(영어)

The Malthusian model suggests that, if we start with P(0)P(0) cochineals, their population after 3 months will be

P(t)=P(0)ebtfor some constant b. The constant b is the net birthrate per population member per unit time. Assuming that the net birthrate for a larger population will be the same as the test population, we can use the data from the test to find eb. Let Q(t) be the number of individuals in the test population at time t.Q(t)=Q(0)ebt=200ebt1000=Q(3)=200e3b5=e3beb=51/3Now that we have an idea of the birthrate, we predictP(t)=P(0)(eb)t=P(0)⋅5t3We want P(12)=106+P(0).106+P(0)=P(12)=P(0)⋅5123=P(0)⋅54106=P(0)⋅54−P(0)=P(0)[54−1]P(0)=10654−1≈1603\begin{aligned} P(t)&=P(0)e^{bt} \\ \text{for some constant $b$. The constant $b$ is the net birthrate per population member per unit time. Assuming that the net birthrate for a larger population will be the same as the test population, we can use the data from the test to find $e^b$. Let $Q(t)$ be the number of individuals in the test population at time $t$.} \\ Q(t)&=Q(0)e^{bt}=200e^{bt}\\ 1000&=Q(3)=200e^{3b}\\ 5&=e^{3b}\\ e^b&=5^{1/3} \\ \text{Now that we have an idea of the birthrate, we predict} \\ P(t)&=P(0)\left(e^{b}\right)^t=P(0)\cdot5^{\tfrac{t}{3}} \\ \text{We want $P(12)=10^6+P(0)$.} \\ 10^6+P(0)=P(12)&=P(0)\cdot 5^{\tfrac{12}{3}}=P(0)\cdot 5^4\\ 10^6&=P(0)\cdot 5^4-P(0)=P(0)\left[5^4-1\right]\\ P(0)&=\frac{10^6}{5^4-1}\approx 1603 \end{aligned}

The farmer should use an initial population of (at least) about 1603 individuals.

Remark: if we hadn't specified that we need to save P(0)P(0) individuals to start next year's population, the number of individual cochineals we would want to start with to get a million in a year would be 1600–almost the same!

한 번 더 — 비슷한 문제 풀기CLP-1 · 3.3절 · 4번
# 지수적 증가와 감소활용보통자동 분류
42.CLP-1 · 3.3절 · 3번대학 수준우리말 번역

어떤 방사성 물질의 20%가 붕괴하는 데 8일이 걸립니다. 이 물질 100그램이 40그램으로 붕괴하는 데 얼마나 걸리는지 구하세요.

영어 원문 보기

It takes 8 days for 20% of a particular radioactive material to decay. How long does it take for 100 grams of the material to decay to 40 grams?

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일
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tt일 후의 방사성 물질의 양을 Q(t)Q(t)라 하자. 그러면 Q(t)=Q(0)ektQ(t)=Q(0)e^{kt} 이다. 주어진 조건에서

Q(8)=0.8 Q(0)따라서,Q(0)e8k=0.8 Q(0)e8k=0.8ek=0.818Q(0)=100 일 때, Q(t)=40 이 되는 시간 t 는 다음과 같이 정해진다.40=Q(t)=Q(0)ekt=100ekt=100(0.818)t=100⋅0.8t8t 에 대해 풀면:40100=0.8t8log⁡(0.4)=log⁡(0.8t8)=t8log⁡(0.8)t=8log⁡(0.4)log⁡(0.8)≈32.85 일\begin{aligned} Q(8)&=0.8\,Q(0) \\ \text{따라서,} \\ Q(0)e^{8k}&=0.8\,Q(0)\\ e^{8k}&=0.8\\ e^k&=0.8^{\tfrac{1}{8}} \\ \text{$Q(0)=100$ 일 때, $Q(t)=40$ 이 되는 시간 $t$ 는 다음과 같이 정해진다.} \\ 40=Q(t)&=Q(0)e^{kt}=100e^{kt}=100\left(0.8^{\tfrac{1}{8}}\right)^t=100\cdot 0.8^{\tfrac{t}{8}} \\ \text{$t$ 에 대해 풀면:} \\ \frac{40}{100}&=0.8^{\tfrac{t}{8}}\\ \log\left(0.4\right)&=\log\left(0.8^{\tfrac{t}{8}}\right)=\frac{t}{8}\log(0.8)\\ t&=\frac{8\log(0.4)}{\log(0.8)}\approx 32.85\text{ 일} \end{aligned}

100그램은 약 32.85일 후에 40그램으로 붕괴한다.

원본 교재 풀이(영어)

Let Q(t)Q(t) denote the amount of radioactive material after tt days. Then Q(t)=Q(0)ektQ(t)=Q(0)e^{kt}. We are told

Q(8)=0.8 Q(0)So,Q(0)e8k=0.8 Q(0)e8k=0.8ek=0.818If Q(0)=100, the time t at which Q(t)=40 is determined by40=Q(t)=Q(0)ekt=100ekt=100(0.818)t=100⋅0.8t8Solving for t:40100=0.8t8log⁡(0.4)=log⁡(0.8t8)=t8log⁡(0.8)t=8log⁡(0.4)log⁡(0.8)≈32.85 days\begin{aligned} Q(8)&=0.8\,Q(0) \\ \text{So,} \\ Q(0)e^{8k}&=0.8\,Q(0)\\ e^{8k}&=0.8\\ e^k&=0.8^{\tfrac{1}{8}} \\ \text{If $Q(0)=100$, the time $t$ at which $Q(t)=40$ is determined by} \\ 40=Q(t)&=Q(0)e^{kt}=100e^{kt}=100\left(0.8^{\tfrac{1}{8}}\right)^t=100\cdot 0.8^{\tfrac{t}{8}} \\ \text{Solving for $t$:} \\ \frac{40}{100}&=0.8^{\tfrac{t}{8}}\\ \log\left(0.4\right)&=\log\left(0.8^{\tfrac{t}{8}}\right)=\frac{t}{8}\log(0.8)\\ t&=\frac{8\log(0.4)}{\log(0.8)}\approx 32.85\text{ days} \end{aligned}

100 grams will decay to 40 grams in about 32.85 days.

한 번 더 — 비슷한 문제 풀기OpenStax 1권 · 6.8절 · 28번
# 지수적 증가와 감소계산자동 분류
43.CLP-1 · 3.3절 · 4번대학 수준우리말 번역

끓는 물이 담긴 유리잔을 방에 놓아두었습니다. 15분 후에는 85∘^\circ C로 식었고, 30분 후에는 73∘^\circ C가 되었습니다. 방의 온도는 몇 도인지 구하세요.

영어 원문 보기

A glass of boiling water is left in a room. After 15 minutes, it has cooled to 85∘^\circ C, and after 30 minutes it is 73∘^\circ C. What temperature is the room?

정답·풀이 보기

끓는 물을 방에 놓아둔 때를 t=0t=0 이라 하고, tt분 후 물의 온도를 T(t)T(t)라 하자. 그러면 T(0)=100T(0)=100 이다. 뉴턴의 냉각 법칙을 이용하여 시간 tt 에서 물의 온도를 다음과 같이 나타낸다.

T(t)=[100−A]eKt+A여기서 A 는 방의 온도이고, K 는 어떤 상수이다. T(15)=85 이고 T(30)=73 이므로:85=T(15)=[100−A]e15K+A73=T(30)=[100−A]e30K+A두 식을 정리하면:85−A100−A=e15K73−A100−A=e30K=(e15K)2이 식들을 이용하면:(85−A100−A)2=(e15K)2=e30K=73−A100−A(85−A)2100−A=73−A(85−A)2=(73−A)(100−A)852−170A+A2=7300−173A+A2173A−170A=7300−8523A=75A=25\begin{aligned} T(t)&=[100-A]e^{Kt}+A \\ \text{여기서 $A$ 는 방의 온도이고, $K$ 는 어떤 상수이다. $T(15)=85$ 이고 $T(30)=73$ 이므로:} \\ 85=T(15)&=[100-A]e^{15K}+A\\ 73=T(30)&=[100-A]e^{30K}+A \\ \text{두 식을 정리하면:} \\ \frac{85-A}{100-A}&=e^{15K}\\ \frac{73-A}{100-A}&=e^{30K}=\left(e^{15K}\right)^2 \\ \text{이 식들을 이용하면:} \\ \left(\frac{85-A}{100-A}\right)^2=\left(e^{15K}\right)^2&=e^{30K}=\frac{73-A}{100-A}\\ \frac{(85-A)^2}{100-A}&=73-A\\ (85-A)^2&=(73-A)(100-A)\\ 85^2-170A+A^2&=7300-173A+A^2\\ 173A-170A&=7300-85^2\\ 3A&=75\\ A&=25 \end{aligned}

방의 온도는 25∘^\circ C이다.

원본 교재 풀이(영어)

Let t=0t=0 be the time the boiling water is left in the room, and let T(t)T(t) be the temperature of the water tt minutes later, so T(0)=100T(0)=100. Using Newton's Law of Cooling, we model the temperature of the water at time tt as

T(t)=[100−A]eKt+Awhere A is the room temperature, and K is some constant. We are told that T(15)=85 and T(30)=73, so:85=T(15)=[100−A]e15K+A73=T(30)=[100−A]e30K+ARearranging both equations:85−A100−A=e15K73−A100−A=e30K=(e15K)2Using these equations:(85−A100−A)2=(e15K)2=e30K=73−A100−A(85−A)2100−A=73−A(85−A)2=(73−A)(100−A)852−170A+A2=7300−173A+A2173A−170A=7300−8523A=75A=25\begin{aligned} T(t)&=[100-A]e^{Kt}+A \\ \text{where $A$ is the room temperature, and $K$ is some constant. We are told that $T(15)=85$ and $T(30)=73$, so:} \\ 85=T(15)&=[100-A]e^{15K}+A\\ 73=T(30)&=[100-A]e^{30K}+A \\ \text{Rearranging both equations:} \\ \frac{85-A}{100-A}&=e^{15K}\\ \frac{73-A}{100-A}&=e^{30K}=\left(e^{15K}\right)^2 \\ \text{Using these equations:} \\ \left(\frac{85-A}{100-A}\right)^2=\left(e^{15K}\right)^2&=e^{30K}=\frac{73-A}{100-A}\\ \frac{(85-A)^2}{100-A}&=73-A\\ (85-A)^2&=(73-A)(100-A)\\ 85^2-170A+A^2&=7300-173A+A^2\\ 173A-170A&=7300-85^2\\ 3A&=75\\ A&=25 \end{aligned}

The room temperature is 25∘^\circ C.

한 번 더 — 비슷한 문제 풀기CLP-1 · 3.3절 · 3번
# 지수적 증가와 감소활용자동 분류