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22문제 · 2 / 2쪽

21.OpenStax 2권 · 4.4절 · 38번대학 수준우리말 번역

곰페르츠 방정식에 대한 자료에 가장 잘 맞는 방정식과 매개변수 α\alpha 를 구하세요.

영어 원문 보기

Find the equation and parameter α\alpha that best fit the data for the Gompertz equation.

정답·풀이 보기

α=0.0081\alpha =0.0081

원본 교재 풀이(영어)

α=0.0081\alpha =0.0081

한 번 더 — 비슷한 문제 풀기OpenStax 2권 · 4.4절 · 8번
# 로지스틱 방정식계산자동 분류
OpenStax Calculus Volume 2 CC BY-NC-SA 4.0우리말 번역: 빌드라인 스쿨 — AI 번역·자동 검토(원문과 같은 조건)
22.Active Calculus · 7.6절 · 5번대학 수준우리말 번역

로지스틱 방정식은 소문이 사람들 사이에서 어떻게 퍼지는지를 모델링하는 데 쓸 수 있습니다. p(t)p(t) 가 tt 일째에 소문을 들은 사람들의 비율라고 합시다. 방정식

dpdt=0.2p(1−p)\frac{dp}{dt} = 0.2p(1-p)

은 pp 가 어떻게 변하는지를 나타냅니다. 처음에 사람들의 10분의 1이 소문을 들었다고 합시다. 즉, p(0)=0.1p(0) = 0.1 입니다.

(a) 아주 오랜 시간이 지난 후 p(t)p(t) 는 어떻게 되는지 설명하세요. (b) 함수 p(t)p(t) 의 식을 구하세요. (c) 어느 시점에서 pp 가 가장 빠르게 변하는지 구하세요. (d) 사람들의 80%가 소문을 들을 때까지 걸리는 시간을 구하세요.

영어 원문 보기

The logistic equation may be used to model how a rumor spreads through a group of people. Suppose that p(t)p(t) is the fraction of people that have heard the rumor on day tt. The equation

dpdt=0.2p(1−p)\frac{dp}{dt} = 0.2p(1-p)

describes how pp changes. Suppose initially that one-tenth of the people have heard the rumor; that is, p(0)=0.1p(0) = 0.1.

(a) What happens to p(t)p(t) after a very long time? (b) Determine a formula for the function p(t)p(t). (c) At what time is pp changing most rapidly? (d) How long does it take before 80% of the people have heard the rumor?

정답·풀이 보기

(a) 이 로지스틱 방정식의 평형해는 p=0p = 0 과 p=1p = 1 이다. p=1p = 1 은 환경수용력이므로 안정 평형이다. 따라서 p(0)>0p(0) > 0 이면 t→∞t \to \infty 일 때 p(t)→1p(t) \to 1 이다. (b) 로지스틱 방정식 dPdt=kP(N−P), P(0)=P0\frac{dP}{dt} = kP(N-P), \ P(0) = P_0 의 일반해는 다음과 같음을 알고 있다. P(t)=N(N−P0P0)e−kNt+1 .P(t) = \frac{N}{\left(\frac{N-P_0}{P_0}\right) e^{-kNt} + 1}\,. 이 문제에서는 k=0.2k = 0.2, N=1N = 1, p(0)=0.1p(0) = 0.1 이므로 해는 p(t)=1(1−0.10.1)e−0.2t+1=19e−0.2t+1 p(t) = \frac{1}{\left(\frac{1-0.1}{0.1}\right) e^{-0.2t} + 1} = \frac{1}{9e^{-0.2t} + 1}\, 이다. (c) pp 는 그 도함수 p′p' 이 가장 클 때 가장 빠르게 변한다. 처음의 미분방정식을 다시 보면 p′=0.2p(1−p)p' = 0.2p(1-p) 이고, 이는 p′p' 이 pp 에 대한 이차함수임을 보여 준다. 이 이차함수는 p=0p = 0 과 p=1p = 1 에서 0이므로, 위로 볼록한 이 이차함수의 꼭짓점은 p=12p = \frac{1}{2} 에 있고, pp 가 이 값일 때 pp 의 변화율이 가장 크다. 따라서 개체 수가 가장 빠르게 증가하는 시점을 찾기 위해 방정식 p(t)=0.5p(t) = 0.5 를 푼다. 0.5=19e−0.2t+10.5 = \frac{1}{9e^{-0.2t} + 1} 이므로 9e−0.2t+1=29e^{-0.2t} + 1 = 2 이고 e−0.2t=1/9e^{-0.2t} = 1/9 이다. 따라서 t=−5ln⁡(1/9)≈10.986t = -5 \ln(1/9) \approx 10.986일이다. (d) p(t)p(t) 는 소문을 들은 사람들의 비율을 나타내므로 방정식 p(t)=0.8p(t) = 0.8 을 풀어야 한다. 그러면 0.8=19e−0.2t+10.8 = \frac{1}{9e^{-0.2t} + 1} 이므로 9e−0.2t+1=1.259e^{-0.2t} + 1 = 1.25 이고 e−0.2t=0.25/9e^{-0.2t} = 0.25/9 이다. 따라서 t=−5ln⁡(0.25/9)≈17.19t = -5 \ln(0.25/9) \approx 17.19일이다.

원본 교재 풀이(영어)

(a) The equilibrium solutions for this logistic equation are p=0p = 0 and p=1p = 1. Since p=1p = 1 is the carrying capacity and thus a stable equilibrium, p(t)→1p(t) \to 1 as t→∞t \to \infty provided p(0)>0p(0) > 0. (b) We know that the general solution to the logistic equation dPdt=kP(N−P), P(0)=P0\frac{dP}{dt} = kP(N-P), \ P(0) = P_0 is P(t)=N(N−P0P0)e−kNt+1 .P(t) = \frac{N}{\left(\frac{N-P_0}{P_0}\right) e^{-kNt} + 1}\,. In the context of this problem, we know that k=0.2k = 0.2, N=1N = 1, and p(0)=0.1p(0) = 0.1 and therefore the solution is p(t)=1(1−0.10.1)e−0.2t+1=19e−0.2t+1 .p(t) = \frac{1}{\left(\frac{1-0.1}{0.1}\right) e^{-0.2t} + 1} = \frac{1}{9e^{-0.2t} + 1}\,. (c) We know that pp is changing most rapidly when its derivative, p′p', is largest. Recalling the original differential equation, we know that p′=0.2p(1−p)p' = 0.2p(1-p) which shows that p′p' is a quadratic function of pp. That quadratic function has zeros at p=0p = 0 and p=1p = 1, so the vertex of this concave down quadratic function lies at p=12p = \frac{1}{2}, and at this value of pp the rate of change of pp is largest. Thus, we solve the equation p(t)=0.5p(t) = 0.5 to find the time at which the population is increasing fastest. We see that 0.5=19e−0.2t+10.5 = \frac{1}{9e^{-0.2t} + 1} so 9e−0.2t+1=29e^{-0.2t} + 1 = 2 and e−0.2t=1/9e^{-0.2t} = 1/9. It follows that t=−5ln⁡(1/9)≈10.986t = -5 \ln(1/9) \approx 10.986 days. (d) Since p(t)p(t) tells us the percentage of people who've heard the rumor, we need to solve the equation p(t)=0.8p(t) = 0.8. Thus we have 0.8=19e−0.2t+10.8 = \frac{1}{9e^{-0.2t} + 1} so 9e−0.2t+1=1.259e^{-0.2t} + 1 = 1.25 and e−0.2t=0.25/9e^{-0.2t} = 0.25/9. It follows that t=−5ln⁡(0.25/9)≈17.19t = -5 \ln(0.25/9) \approx 17.19 days.

한 번 더 — 비슷한 문제 풀기Active Calculus · 7.6절 · 6번
# 로지스틱 방정식계산자동 분류
Active Calculus CC BY-SA우리말 번역: 빌드라인 스쿨 — AI 번역·자동 검토(원문과 같은 조건)