수리논술, 이게 다다.

자연계열 4번

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문제

【문제 4】(배점 20%)아래의 제시문을 읽고 다음 물음에 답하시오.

일 년 내내 기온이 따뜻하고 천적이 없는 섬에 토끼 두 쌍을 풀어 놓고 2개월마다 토끼의 수를 조사하였다. 조사 결과 1992년 5월에 500마리, 1992년 9월에 2,000마리, 1993년 3월에 16,000마리였다(토끼의 수를 가능한 한 정확히 조사하였으나 약간의 오차는 있을 수 있다). 이 기간 동안 토끼가 번식하는 데에는 아무런 제약이 없었다.

(4-1) 토끼를 처음 풀어 놓은 때부터 계속 같은 비율로 토끼의 수가 증가하였다면 토끼를 처음 풀어 놓은 시기는 몇 년 몇 월인지 말하시오.

(4-2) 아무런 제약 없이 토끼가 번식하는 동안 관찰되는 개체 수의 변화를 수학적 모델로 나타내려고 한다. 토끼를 처음 풀어 놓은 시점을 t=0\displaystyle t=0이라 하고 2개월 주기로 계산할 때, t\displaystyle t시점의 개체 수 R(t)\displaystyle R(t)를 R(t)=kat\displaystyle R(t)=ka^t 형태로 나타내시오.

(4-3) 토끼를 처음 풀어놓은 지 20년이 지난 2011년 현재시점에서 위의 수학적 모델 R(t)=kat\displaystyle R(t)=ka^t이 현실적으로 적용될 수 있는지 설명하시오(210\displaystyle 2^{10}은 1000으로 계산).

해설강의 준비중

(4-1) 조사결과를 보면 1992년 5월부터 9월까지 4개월 동안에 4배로 증가하였고, 1992년 9월부터 1993년 3월까지 6개월 동안에 8배로 증가하였다.계속 같은 증가율로 증가한다고 하였으므로 4개월 동안에 4배로 증가하고 2개월 동안에 2배로 증가하여 6개월 동안에 8배로 증가하였다는 것을 알 수 있다.토끼의 수가 2개월마다 2배로 증가하므로 2개월 전마다 1/2로 감소한다.토끼의 수는 자연수이므로 2개월 전마다 500→250→125→63→32→16→8→4로 감소한다.그러므로 두 쌍을 처음 풀어놓은 것은 1992년 5월부터 2개월씩 7번 즉 14개월 전인 1991년 3월이다.

(4-2) 1992년 5월을 t=t0\displaystyle t=t_0라 하고 시간 t\displaystyle t를 2개월 단위로 생각하면1992년 9월은 t=t0+2\displaystyle t=t_0+2, 1993년 3월은 t=t0+5\displaystyle t=t_0+5이므로R(t)=kat\displaystyle R(t)=ka^t에서kat0=500\displaystyle ka^{t_0}=500 ⋯①kat0+2=2000\displaystyle ka^{t_0+2}=2000 ⋯②kat0+5=16000\displaystyle ka^{t_0+5}=16000 ⋯③①, ②, ③을 연립하여 풀면②÷①에서 a2=4\displaystyle a^2=4, a=2\displaystyle a=2t=0\displaystyle t=0일 때 토끼 두 쌍(4마리)으로 시작되었으므로 k20=k=4\displaystyle k2^0=k=4R(t)=4×2t\displaystyle R(t)=4\times2^t

(4-3) 문제 (4-2)의 모델을 계속 적용하면 2개월 마다 2배씩 증가하므로 1년에 6번, 10년에 60번, 20년에는 120번 2배씩 증가한다.따라서 t=120\displaystyle t=120을 대입하면 R(120)=4×2120=4×(210)12=4×1036\displaystyle R(120)=4\times2^{120}=4\times(2^{10})^{12}=4\times10^{36}4×1036\displaystyle 4\times10^{36}마리의 토끼들을 정사각형 모양으로 가로와 세로로 줄을 맞추어 정렬시킨다고 하면 한 줄에 2×1018\displaystyle 2\times10^{18}마리씩 2×1018\displaystyle 2\times10^{18}줄이 된다.지구의 적도에서 북극까지의 거리가 10000km=104km=107m=109cm\displaystyle 10000\mathrm{km}=10^4\mathrm{km}=10^7\mathrm{m}=10^9\mathrm{cm}이므로 그렇게 많은 토끼들이 지구상에 존재할 수 없다.따라서 모델 R(t)=kat\displaystyle R(t)=ka^t이 현재까지 계속 적용될 수는 없다.

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