수리논술, 이게 다다.

자연계열 1번

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문제

다음은 기원전 10000년부터 서기 2000년까지 인류의 추정 인구수를 시간 t\displaystyle t의 함수 P(t)\displaystyle P(t)로 표시한 그래프이다. 그림에서 세로축은 같은 간격마다 일정한 비율로 값이 커지는 로그 척도로 표시되어 있고, 큰 눈금은 각각 1M(백만), 10M(천만), 100M(일억), 1000M(십억), 10000M(백억)명을 나타낸다. 그래프를 보면 인구수가 유목시대에는 4~5백만명으로 매우 완만하게 증가하다, 그래프를 직선으로 근사할 수 있는 기원전 5000년부터 서기 1600년까지 농경시대 동안은 인구가 거의 일정한 비율로 증가하였고, 1600년 이후 산업화시대에는 매우 큰 비율로 증가하고 있는 것을 알 수 있다.

인구수의 로그 척도 그래프와 유목시대·농경시대·산업화시대

(1) 기원전 5000년 5백만이었던 인구수가 일정한 비율로 증가하여 서기 1600년 5억이 되었다고 할 때, 이 시대 인구가 2배 증가하는데 소요된 평균기간을 구하시오. [10점] (단 상용로그 log⁡2\displaystyle \log2의 근사 값은 0.3임)

(2) 1927년 20억명이었던 인구수는 거의 일정한 증가율을 보이며 증가하여 1970년대 40억명에 도달하였고, 2027년 80억명에 도달할 것으로 예측되고 있다. 이 100년 동안의 연 평균 인구 증가율(%)을 아래 70-배증법칙을 이용하여 근사하여 보시오. [10점]

70-배증법칙 : 매년 일정한 비율(%)로 증가하는 수열 (1+비율100)연수\displaystyle \left(1+\frac{\text{비율}}{100}\right)^{\text{연수}}의 값이 2가 되려면 연수×비율의 값은 근사적으로 70과 같다. (참고로 이 근사식은 연수가 비율(%) 보다 큰 경우 유용한 근사 값을 제공한다.)

(3) 산업화 시대를 전기와 후기로 구분할 때, 전기 350년(16C 후반 ~ 20C 초반) 동안 인구수는 일정 비율로 증가하여 4배, 후기 100년(20C 초반 ~ 21C 초반) 동안 또 다른 일정 비율로 증가하여 다시 4배로 증가하였다고 하자. 만약 산업화 시대 전기 350년 동안 연 평균 인구 증가율이 과거 전기 추정 값의 1/2이었고, 후기 100년 동안 연 평균 인구 증가율이 과거 후기 추정 값의 1/4이라고 가정하면, 이 450년 동안(16C 후반 ~ 21C 초반) 인구는 몇 배로 증가되었을지 구하시오. [10점]

해설강의 준비중

(1) log⁡P(t)=a+bt\displaystyle \log P(t)=a+bt 또는 P(t)=A 10bt\displaystyle P(t)=A\,10bt 이므로Correction. P(t)=A 10bt\displaystyle P(t)=A\,10bt는 P(t)=A 10bt\displaystyle P(t)=A\,10^{bt}의 오기이다. 그러나 원칙에 따라 원문 표기를 그대로 실었다.P(1600)/P(−5000)=10b∗(1600−(−5000))=5\displaystyle P(1600)/P(-5000)=10b*(1600-(-5000))=5억 /5\displaystyle /5백만 =100\displaystyle =100이다.Correction. 인구수의 비 10b∗(1600−(−5000))\displaystyle 10b*(1600-(-5000))는 10b(1600−(−5000))\displaystyle 10^{b(1600-(-5000))}의 오기이다. 그러나 원칙에 따라 원문 표기를 그대로 실었다.양변에 상용 log를 취하면 b∗6600=2\displaystyle b*6600=2이므로, b=1/3300\displaystyle b=1/3300.인구가 2배가 되는 기간 T\displaystyle T는 10bT=2\displaystyle 10bT=2를 만족하므로Correction. 배증기간 방정식 10bT=2\displaystyle 10bT=2는 10bT=2\displaystyle 10^{bT}=2의 오기이다. 그러나 원칙에 따라 원문 표기를 그대로 실었다.bT=log⁡2, T=log⁡2/b=990\displaystyle bT=\log2,\ T=\log2/b=990년(약 1천년마다 2배)

(2) 100년 동안 일정한 비율로 증가하여 4배가 되었으므로 2배가 되는데 50년 소요. 70-배증 법칙에 의하면 연수*비율=70이므로,연평균 증가율은 70/50 = 1.4(%)

(3) 전기 350년 동안 4배가 되었으므로 2배 되는데 175년, 후기는 100년 동안 4배가 되었으므로 2배가 되는데 50년이 소요된다.2배가 되기 위한 소요 연수와 연평균 인구증가율은 반비례 관계에 있으므로, 인구증가율이 각각 ½, ¼이면,2배 되는데 전기 350년, 후기 200년이 소요된다.따라서 전기에 2350/350=2\displaystyle 2^{350/350}=2배, 후기에 2100/200=2\displaystyle 2^{100/200}=\sqrt2배. 즉 22\displaystyle 2\sqrt2배가 된다.

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