홍익대 서울캠퍼스 2022학년도 수시 오후 자연계열 1번 · mathesis.kr/archive/hongik_seoul/2022su_pm/jayeon_1
문제
문제 1 (20점)
아파트 신축 과정에서 사용한 건축 재료에는 휘발성 성분인 벤젠을 비롯한 각종 유기화합물들이 포함되어 있다. 신축 아파트 입주민들이 이를 지속적으로 흡입하게 되면 두통이 발생하는 등 새집 증후군이라고 알려진 증상이 나타나기도 한다. 벤젠()은 국제 암연구소에서 제시한 물질별 위해성 등급에 따르면 1급 발암물질로 알려져 있다. 이에 정부에서는 신축 아파트의 실내공기질 권고기준을 마련하였으며, 이 중 벤젠 농도는 30 ㎍/㎥ 이하로 설정되어 있다.
신축 아파트 A의 완공 직후 실내공기질 검사 결과, 벤젠 농도가 150 ㎍/㎥ 으로 측정되었으며, 벤젠 농도는 다음의 조건 (가), (나)에 따라 변동한다.
(가) 창문을 열어 환기하는 경우, [그림 1]과 같이 창문을 열기 직전 벤젠 농도가 ㎍/㎥ 이면, 환기 시작 후 시간이 경과했을 때, 벤젠 농도 ㎍/㎥ 이다.
(나) 창문을 닫아 놓는 경우, [그림 2]와 같이 창문을 닫기 직전 벤젠 농도가 ㎍/㎥ 이면, 창문을 닫은 후 시간이 경과했을 때, 벤젠 농도 ㎍/㎥ 이다.
![[그림 1]은 창문을 연 후 경과 시간 t에 따라 벤젠 농도가 C = a×0.4^t로 줄어드는 그래프, [그림 2]는 창문을 닫은 후 경과 시간 s에 따라 C = b×1.25^s로 늘어나는 그래프.](/figures/hongik_seoul-2022su_pm-1-fig.png)
(다) 신축 아파트 A의 벤젠 농도를 대략적으로 알아보기 위해 는 0.3으로 계산한다. 예를 들어, 이므로, 는 로 계산한다.
(1) 완공 직후부터 창문을 열어 환기하기 시작하면 몇 시간 후 벤젠 농도가 실내공기질 권고기준을 만족하게 되는지 구하시오.
(2) 매일 일정한 시간 동안 창문을 열어 환기한 후, 나머지 시간 동안은 창문을 닫아 놓으려 한다. 완공 직후부터 벤젠 농도가 실내공기질 권고기준을 위반하는 시간의 총합을 최소화하려면 적어도 몇 시간 이상 매일 환기해야 하는지 구하시오.
(3) 완공 직후부터 2시간 동안 창문을 열어 환기한 후, 6시간 동안 창문을 닫아놓는 방식으로 창문 열고 닫기를 주기적으로 반복할 경우, 최소 몇 시간 후 입주가 가능한지 구하시오. (단, 입주 후에도 같은 방식으로 계속 환기하며, 벤젠 농도가 실내공기질 권고기준을 항상 만족해야 한다.)
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(1) 창문을 열어두었을 때 시간 후 벤젠 농도()가 기준치 이하(30 ㎍/㎥ 이하)로 내려갔다면 이다. 로그함수를 이용하여 이 부등식을 풀면(으로 주어졌으므로 를 로 변환하여 계산) (※ , ) 또는 이다.즉, 1.75시간 (= 시간 = 1시간 45분) 후 권고기준을 만족하게 된다.
(2) 문제에서와 같이 24시간마다 일정하게 환기를 반복할 때 벤젠 농도가 30 이상인 시간의 총합을 최소화하려면 처음 24시간 경과했을 때 벤젠 농도가 30 이하이어야 한다. 즉, 처음 창문을 열어 시간 동안 환기시킨 후 창문을 닫고 시간 지났을 때 30 ㎍/㎥ 이하가 되면 된다. 이를 부등식으로 나타내면
이고 이를 로그함수를 이용하여 풀면(※ )Correction. 이므로 과 의 는 모두 여야 한다. 그러나 원칙에 따라 원문 표기를 그대로 실었다. 또는 이다.즉, 매일 적어도 6.2시간 (= 시간 = 6시간 12분) 동안 환기해야 한다.
(3) 문제에서와 같이 8시간마다 일정하게 환기를 반복할 때 8시간마다 벤젠 농도는 직전 농도에 을 곱한 값이 된다. 8시간씩 번 지난 후 벤젠 농도가 30 ㎍/㎥ 이하가 되었다면
이다. 이를 (1), (2)에서와 같이 로그함수를 이용하여 풀면 이다. 은 정수이므로 이다. 즉, 시간 후() 벤젠 농도는 30보다 크지만 시간 후() 벤젠 농도는 30보다 작게 된다.그런데, 24시간과 32시간 사이에 벤젠 농도가 30 이하로 내려가는 때가 있고 그 이후에는 항상 벤젠 농도가 30 이하이다. 이 시점을 라 하면 (단, )
이고, 이를 로그함수를 이용하여 풀면 이다.즉, 시간 (= 시간 = 24시간 15분) 후 입주가 가능하다.
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