로지스틱 방정식은 소문이 사람들 사이에서 어떻게 퍼지는지를 모델링하는 데 쓸 수 있습니다. 가 일째에 소문을 들은 사람들의 비율라고 합시다. 방정식
은 가 어떻게 변하는지를 나타냅니다. 처음에 사람들의 10분의 1이 소문을 들었다고 합시다. 즉, 입니다.
(a) 아주 오랜 시간이 지난 후 는 어떻게 되는지 설명하세요. (b) 함수 의 식을 구하세요. (c) 어느 시점에서 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 is the fraction of people that have heard the rumor on day . The equation
describes how changes. Suppose initially that one-tenth of the people have heard the rumor; that is, .
(a) What happens to after a very long time? (b) Determine a formula for the function . (c) At what time is 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 과 이다. 은 환경수용력이므로 안정 평형이다. 따라서 이면 일 때 이다. (b) 로지스틱 방정식 의 일반해는 다음과 같음을 알고 있다. 이 문제에서는 , , 이므로 해는 이다. (c) 는 그 도함수 이 가장 클 때 가장 빠르게 변한다. 처음의 미분방정식을 다시 보면 이고, 이는 이 에 대한 이차함수임을 보여 준다. 이 이차함수는 과 에서 0이므로, 위로 볼록한 이 이차함수의 꼭짓점은 에 있고, 가 이 값일 때 의 변화율이 가장 크다. 따라서 개체 수가 가장 빠르게 증가하는 시점을 찾기 위해 방정식 를 푼다. 이므로 이고 이다. 따라서 일이다. (d) 는 소문을 들은 사람들의 비율을 나타내므로 방정식 을 풀어야 한다. 그러면 이므로 이고 이다. 따라서 일이다.
원본 교재 풀이(영어)
(a) The equilibrium solutions for this logistic equation are and . Since is the carrying capacity and thus a stable equilibrium, as provided . (b) We know that the general solution to the logistic equation is In the context of this problem, we know that , , and and therefore the solution is (c) We know that is changing most rapidly when its derivative, , is largest. Recalling the original differential equation, we know that which shows that is a quadratic function of . That quadratic function has zeros at and , so the vertex of this concave down quadratic function lies at , and at this value of the rate of change of is largest. Thus, we solve the equation to find the time at which the population is increasing fastest. We see that so and . It follows that days. (d) Since tells us the percentage of people who've heard the rumor, we need to solve the equation . Thus we have so and . It follows that days.