반감기가 t 년으로 주어지면, 의 상수 는 로 계산된다.
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If given a half-life of t years, the constant for is calculated by
문제 은행 · 미적분 · 대학 미적분 · 미분방정식
y'=ky로 인구 증가, 방사성 붕괴(연대 측정), 냉각 법칙을 다룬다
유형·난이도는 우리말 풀이가 붙은 문제는 선생님이 정했고, 나머지는 자동 분류라 다를 수 있어요. 난이도가 정해지지 않은 문제는 난이도로 거를 때 빠집니다.
19문제 · 1 / 1쪽
반감기가 t 년으로 주어지면, 의 상수 는 로 계산된다.
If given a half-life of t years, the constant for is calculated by
방사성 탄소가 현대의 두개골의 5분의 1만큼 들어 있는 두개골은 몇 년 전의 것인지 구하세요. 방사성 탄소의 반감기는 년임에 유의하세요.
How old is a skull that contains one-fifth as much radiocarbon as a modern skull? Note that the half-life of radiocarbon is years.
원본 교재에 이 문제의 정답은 실려 있지 않습니다.
한 번 더 — 비슷한 문제 풀기CLP-1 · 3.3절 · 4번어떤 유물에 방사성 탄소가 새 물질의 만큼 들어 있다면, 이 유물은 그리스도 시대(약 년 전)의 것일 수 있는지 판단하세요. 방사성 탄소의 반감기는 년임에 유의하세요.
If a relic contains as much radiocarbon as new material, can it have come from the time of Christ (approximately years ago)? Note that the half-life of radiocarbon is years.
아니요. 이 유물은 약 년 된 것이다.
No. The relic is approximately years old.
뉴욕과 로스앤젤레스의 인구는 각각 1년에 , 씩 증가하고 있습니다. 뉴욕이 백만 명, 로스앤젤레스가 백만 명인 때부터 시작하면, 두 도시의 인구는 언제 같아집니까? 답은 반올림하여 정수 년으로 나타내세요.
The populations of New York and Los Angeles are growing at and a year, respectively. Starting from million (New York) and million (Los Angeles), when are the populations equal? Round your answer to a whole number of years.
다음 연습문제에서는 를 사용하세요.
일 때 이고 일 때 이면, 일 때 은 얼마였습니까?
For the following exercises, use
If at and at what was at
원본 교재에 이 문제의 정답은 실려 있지 않습니다.
한 번 더 — 비슷한 문제 풀기CLP-1 · 3.3절 · 8번다음 연습문제에서는 를 사용하세요.
일 때 이고 일 때 이면, 언제 이 됩니까?
For the following exercises, use
If at and at when does
은행이 연 의 이자 또는 연속 의 이자를 제공한다면, 어느 쪽의 연간 수익률이 더 좋습니까?
If a bank offers annual interest of or continuous interest of which has a better annual yield?
원본 교재에 이 문제의 정답은 실려 있지 않습니다.
한 번 더 — 비슷한 문제 풀기CLP-1 · 3.3절 · 7번연 의 이율과 수익률이 같은 연속 이율은 얼마입니까?
What continuous interest rate has the same yield as an annual rate of
당신은 고고학자이고, 티라노사우루스 렉스의 뼈라고 주장되는 뼈를 받았습니다. 이 공룡들이 백악기 백만 년 전부터 백만 년 전까지)에 살았다는 것을 알고 있으며, 방사성 탄소 연대 측정으로 방사성 탄소의 양이 (살아 있을 때의) 양의 라는 것을 알아냈습니다. 이 뼈는 백악기의 것인가요?
You are an archaeologist and are given a bone that is claimed to be from a Tyrannosaurus Rex. You know these dinosaurs lived during the Cretaceous Era million years to million years ago), and you find by radiocarbon dating that there is the amount of radiocarbon. Is this bone from the Cretaceous?
원본 교재에 이 문제의 정답은 실려 있지 않습니다.
한 번 더 — 비슷한 문제 풀기CLP-1 · 3.3절 · 4번원자로의 사용 후 핵연료에는 반감기가 년인 플루토늄-239가 들어 있습니다. 플루토늄-239 이 들어 있는 통 개를 밀봉했다면, 플루토늄-239가 만 남을 때까지 몇 년이 지나야 하는지 구하세요.
The spent fuel of a nuclear reactor contains plutonium-239, which has a half-life of years. If barrel containing of plutonium-239 is sealed, how many years must pass until only of plutonium-239 is left?
다음 중 에 대한 미지 함수 의 미분방정식인 것을 고르세요.
Which of the following is a differential equation for an unknown function of ?
이 절의 처음에서 교재는 “미분방정식은 미지 함수의 도함수를 포함하는, 미지 함수에 대한 방정식이다."라고 말한다. 여기서 미지 함수는 이므로, 미분방정식은 와 를 관련짓는 방정식이다. 이는 (a)와 (b)에는 해당하지만, (c), (d), (e)에는 해당하지 않는다.
임에 주의하자. 이것은 를 에 대해 미분한 도함수이다.
In the beginning of this section, the text says “A differential equation is an equation for an unknown function that involves the derivative of the unknown function." Our unknown function is , so a differential equation is an equation that relates and . This applies to (a) and (b), but not (c), (d), or (e).
Note that : this is the derivative of with respect to .
어떤 시료에 처음에 방사성 동위원소가 g 들어 있고, 시각 에서 시료에 남아 있는 방사성 동위원소의 양이 으로 주어진다고 하자. 여기서 는 양의 상수이다. 이 되는 때는 언제인가요?
Suppose a sample starts out with grams of a radioactive isotope, and the amount of the radioactive isotope left in the sample at time is given by for some positive constant . When will ?
구해야 하는 것은 다음이 성립하는 때이다.
이면 모든 에 대해 이 등식이 성립한다. 처음부터 동위원소가 없었고, 앞으로도 붕괴하지 않은 동위원소가 영원히 없을 것이다.
이면 이므로 이다. 따라서 어떤 값에 대해서도 는 0이 되지 않는다. (다만 가 점점 커질수록 는 0에 점점 가까워진다.)
참고: 이 마지막 결과는 다소 께름칙하다. 분명 어느 시점에는 마지막 원자가 붕괴했을 것이기 때문이다. 우리가 사용한 미분방정식은 가 연속적으로 변한다고 가정하는 모형이다. 이 모형은 원자의 수가 매우 많을 때에만 좋은 근사가 된다. 실제로는 거의 언제나 그러하다.
What we're asked to find is when
If , then this is the case for all . There was no isotope to begin with, and there will continue not being any undecayed isotope forever.
If , then since , also : so is never 0 for any value of . (But as gets bigger and bigger, gets closer and closer to 0.)
Remark: The last result is somewhat disturbing: surely at some point the last atom has decayed. The differential equation we use is a model that assumes runs continuously. This is a good approximation only when there is a very large number of atoms. In practice, that is almost always the case.
꼴의 함수를 생각하자. 여기서 와 는 상수이다. 이고 일 때, 상수 와 를 구하세요.
Consider a function of the form where and are constants. If and , find the constants and .
주어진 두 정보로부터 다음을 얻는다.
따라서 이고, 이다. 그러므로
여기서 는 자연로그 를 뜻한다.
The two pieces of information give us
Thus we know that and so . Hence
where we use to mean natural logarithm, .
뼈 시료가 10,000 년 전에 죽은 동물의 것이다. 이 뼈가 동물이 죽을 때 5 g 의 탄소-14를 포함하고 있었다면, 지금은 탄소-14가 얼마나 들어 있을 것으로 예상하나요?
A sample of bone belongs to an animal that died 10,000 years ago. If the bone contained 5 g of Carbon-14 when the animal died, how much Carbon-14 do you expect it to have now?
동물이 죽은 지 년 후 시료에 들어 있는 탄소-14의 양은 이다. 여기서 는 어떤 상수이고, 5는 시간 일 때 시료에 들어 있는 탄소-14의 양이다. 따라서 우리가 구하는 답은 이다. 의 값을 구하려면 를 실제 수로 바꿔야 하는데, 그 열쇠는 반감기이다. 교재에 따르면 탄소-14의 반감기는 5730 년이므로 다음이 성립한다.
참고: 년이 지나면 시료는 반감기를 두 번 거친 셈이므로, 남아 있는 탄소-14는 처음 양의 4분의 1, 즉 g 이다. 10,000 년 후의 시료에는 11,460 년 후보다 탄소-14가 조금 더 많이 들어 있는 것이 타당하다. 실제로 1.5 는 1.25 보다 조금 크므로 우리가 구한 답은 그럴듯해 보인다.
답이 그럴듯한지 빠르게 확인할 방법을 찾는 것은 좋은 습관이다. 작은 계산 실수가 풀이에서 큰 오류로 이어지기 쉽기 때문이다.
The amount of Carbon-14 in the sample years after the animal died will be for some constant (where 5 is the amount of Carbon-14 in the sample at time ). So, the answer we're looking for is . We need to replace with an actual number to evaluate , and the key to doing this is the half-life. The text tells us that the half-life of Carbon-14 is 5730 years, so we know:
Remark: after years, the sample will have been sitting for two half-lives, so its remaining Carbon-14 will be a quarter of its original amount, or g. It makes sense that at 10,000 years, the sample will contain slightly more Carbon-14 than at 11,460 years. Indeed, 1.5 is slightly larger than 1.25, so our answer seems plausible.
It's a good habit to look for ways to quickly check whether your answer seems plausible, since a small algebra error can easily turn into a big error in your solution.
1그램의 라듐-226이 들어 있는 시료를 100년 전에 실험실에 보관했는데, 지금은 이 시료에 라듐-226이 0.9576그램만 남아 있습니다. 라듐-226의 반감기를 구하세요.
A sample containing one gram of Radium-226 was stored in a lab 100 years ago; now the sample only contains 0.9576 grams of Radium-226. What is the half-life of Radium-226?
100년 전을 시각 이라 하자. 시료에 들어 있는 라듐-226의 양을 라 하면 이고,
따라서 라듐-226의 반감기는 약 1600년이다.
Let 100 years ago be the time . Then if is the amount of Radium-226 in the sample, , and
So, the half life of Radium-226 is about 1600 years.
폴로늄-210의 반감기는 138일입니다. 폴로늄-210 시료의 몇 퍼센트가 하루 동안 붕괴하는지 구하세요.
Polonium-210 has a half life of 138 days. What percentage of a sample of Polonium-210 decays in a day?
일 후 시료에 남아 있는 폴로늄-210의 양은 다음과 같이 주어진다는 것을 알고 있다.
시료의 약 0.5%가 하루 동안 붕괴한다.
참고: 시료의 0.5퍼센트가 하루 동안 붕괴한다고 할 때, 이것은 처음 시료의 0.5퍼센트를 뜻하는 것이 아니다. 어떤 날이 시작될 때 시료가 1 마이크로그램이라면, 그 후 24시간 동안 붕괴하는 양은 (어떤 시각 에 "처음" 시료가 얼마였든 상관없이) 그 1 마이크로그램의 약 0.5퍼센트이다.
특히 시료가 점점 작아지므로, 매일 붕괴하는 0.5퍼센트는 실제로 붕괴하는 원자의 수가 점점 줄어든다는 것을 뜻한다. 그래서 매일 0.5%가 붕괴하고 이라고 해서, 약 100일 후에 시료의 절반(50%)이 붕괴한다고 말할 수는 없다.
We know that the amount of Polonium-210 in a sample after days is given by
About 0.5% of the sample decays in a day.
Remark: when we say that half a percent of the sample decays in a day, we don't mean half a percent of the original sample. If a day starts out with, say, 1 microgram, then what decays in the next 24 hours is about half a percent of that 1 microgram, regardless of what the “original" sample (at some time ) held.
In particular, since the sample is getting smaller and smaller, that half of a percent that decays every day represents fewer and fewer actual atoms decaying. That's why we can't say that half of the sample (50%) will decay after about 100 days, even though 0.5% decays every day and .
광석 시료에 우라늄-232가 g 들어 있다고 한다. 우라늄-232의 반감기는 68.8년에서 70년 사이이다. 10년 후 이 시료에 붕괴하지 않고 남아 있는 우라늄-232의 양은 얼마인지 구하세요.
A sample of ore is found to contain g of Uranium-232, the half-life of which is between 68.8 and 70 years. How much Uranium-232 will remain undecayed in the sample in 10 years?
시간 에서 광석 시료에 들어 있는 우라늄-232의 양은 다음과 같다.
10년 후 시료에 들어 있는 우라늄-232의 양은 6.2에서 6.8 g 사이이다.
The amount of Uranium-232 in the sample of ore at time will be
After ten years, the sample contains between 6.2 and 6.8 g of Uranium-232.
한 쌍의 쥐가 난파 사고 후 어느 섬에 오게 되었다. 이 쥐들은 맬서스 모형에 따라 번식한다. 1928년에 섬에는 쥐가 1,000마리 있었고, 다음 해에는 1500마리 있었다. 난파 사고는 언제 일어났는지 구하세요.
A single pair of rats comes to an island after a shipwreck. They multiply according to the Malthusian model. In 1928, there were 1,000 rats on the island, and the next year there were 1500. When was the shipwreck?
맬서스 모형에 따르면, 배가 인 해에 난파되었고 쥐 2마리가 섬에 닿았다면, 난파 년 후 쥐의 개체 수는 다음과 같다.
따라서 1928년은 난파 약 15.3년 후이다. 쥐가 정확히 1000마리가 된 달이 주어지지 않았으므로, 난파는 1912년 또는 1913년에 일어난 것이 된다.
According to the Malthusian Model, if the ship wrecked at year and 2 rats washed up on the island, then years after the wreck, the population of rats will be
So, the year 1928 was about 15.3 years after the shipwreck. Since we aren't given a month when the rats reached exactly 1000 in number, that puts the shipwreck at the year 1912 or 1913.
어떤 방사성 물질의 20%가 붕괴하는 데 8일이 걸립니다. 이 물질 100그램이 40그램으로 붕괴하는 데 얼마나 걸리는지 구하세요.
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?
일 후의 방사성 물질의 양을 라 하자. 그러면 이다. 주어진 조건에서
100그램은 약 32.85일 후에 40그램으로 붕괴한다.
Let denote the amount of radioactive material after days. Then . We are told
100 grams will decay to 40 grams in about 32.85 days.