在一项实验中,一个容器内储存了 500 万个细胞。观察发现,每分钟有 40% 的细胞死亡。在 tt 分钟后剩余的细胞数量 NN 由 N=AektN = A e^{k t} 给出,其中 AA 和 kk 是常数。

  1. (a)

    解释为什么 k=ln⁡35k = \ln \frac{3}{5}。

  2. (b)

    求细胞数量减少到 2000 个所需的时间。

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完整解法

1(a)

1. Determine the initial value $A$ and the number of cells remaining after 1 minute

At t=0t = 0, N=A=5×106N = A = 5 \times 10^6.
Since 40% of the cells die every minute, 60% remain.
At t=1t = 1, N=0.6×5×106=3×106N = 0.6 \times 5 \times 10^6 = 3 \times 10^6.

2. Substitute the values into the equation to solve for $k$

3×106=5×106ek(1)3 \times 10^6 = 5 \times 10^6 e^{k(1)}
ek=3×1065×106e^k = \frac{3 \times 10^6}{5 \times 10^6}
ek=35e^k = \frac{3}{5}
k=ln⁡35k = \ln \frac{3}{5}

答案

Shown

1(b)

1. Substitute the known values into the equation

From part (a), A=5 000 000A = 5\,000\,000 and k=ln⁡35k = \ln \frac{3}{5}.
We want to find tt when N=2000N = 2000.
2000=5 000 000e(ln⁡35)t2000 = 5\,000\,000 e^{\left(\ln \frac{3}{5}\right) t}

2. Isolate the exponential term

e(ln⁡35)t=20005 000 000e^{\left(\ln \frac{3}{5}\right) t} = \frac{2000}{5\,000\,000}
e(ln⁡35)t=12500e^{\left(\ln \frac{3}{5}\right) t} = \frac{1}{2500}

3. Take natural logarithm on both sides and solve for t

(ln⁡35)t=ln⁡(12500)\left(\ln \frac{3}{5}\right) t = \ln \left(\frac{1}{2500}\right)
t=ln⁡(12500)ln⁡35t = \frac{\ln \left(\frac{1}{2500}\right)}{\ln \frac{3}{5}}
t≈15.313t \approx 15.313
t=15.3 minutes (to 3 s.f.)t = 15.3 \text{ minutes (to 3 s.f.)}

答案

15.315.3 minutes

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