某种病毒正在一个国家传播。tt 天后,感染病例数 II 可以用模型 I=ab+220−tI = \frac{a}{b + 2^{20-t}} 来表示,其中 aa 和 bb 是常数。16 天后,感染病例数为 3600。4 天后,感染病例数增加到 9000。

  1. (a)

    证明 a=90000a = 90000 且 b=9b = 9。

  2. (b)

    已知在 nn 天后(其中 nn 为整数),感染病例数首次超过 100,求 nn 的值。

  3. (c)

    描述从长期来看,感染病例数会发生什么变化。

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完整解法

2(a)

1. Form the first equation using the data for $t = 16$.

When t=16t = 16, I=3600I = 3600.
3600=ab+220−163600 = \frac{a}{b + 2^{20-16}}
3600=ab+243600 = \frac{a}{b + 2^4}
3600=ab+163600 = \frac{a}{b + 16}
a=3600(b+16)a = 3600(b + 16)

2. Form the second equation using the data for $t = 20$.

Four days later, t=16+4=20t = 16 + 4 = 20, and I=9000I = 9000.
9000=ab+220−209000 = \frac{a}{b + 2^{20-20}}
9000=ab+209000 = \frac{a}{b + 2^0}
9000=ab+19000 = \frac{a}{b + 1}
a=9000(b+1)a = 9000(b + 1)

3. Solve the simultaneous equations to find $a$ and $b$.

Equating the expressions for aa:
3600(b+16)=9000(b+1)3600(b + 16) = 9000(b + 1)
3600b+57600=9000b+90003600b + 57600 = 9000b + 9000
5400b=486005400b = 48600
b=9b = 9
Substitute b=9b = 9 into a=9000(b+1)a = 9000(b + 1):
a=9000(9+1)=90000a = 9000(9 + 1) = 90000
Thus, a=90000a = 90000 and b=9b = 9.

答案

Shown.

2(b)

1. Set up the inequality using the given model and constants from part (a)

900009+220−t>100\frac{90000}{9 + 2^{20-t}} > 100

2. Rearrange the inequality to isolate the exponential term

90000>100(9+220−t)90000 > 100(9 + 2^{20-t})
900>9+220−t900 > 9 + 2^{20-t}
891>220−t891 > 2^{20-t}

3. Use logarithms to solve for t

ln⁡(891)>ln⁡(220−t)\ln(891) > \ln(2^{20-t})
ln⁡(891)>(20−t)ln⁡2\ln(891) > (20-t)\ln 2
20−t<ln⁡891ln⁡220 - t < \frac{\ln 891}{\ln 2}
20−t<9.79920 - t < 9.799
t>10.201t > 10.201

4. Determine the smallest integer value for n

Since t>10.201t > 10.201 and nn is an integer, the number of infected cases first exceeds 100 after 11 days.
n=11n = 11

答案

n=11n = 11

2(c)

1. Determine the behaviour of the exponential term as $t$ becomes very large

In the long run, t→∞t \to \infty.
As t→∞t \to \infty, 20−t→−∞20 - t \to -\infty, so 220−t→02^{20-t} \to 0.

2. Calculate the limiting value of $I$

I→900009+0=10000I \to \frac{90000}{9 + 0} = 10000
Therefore, the number of infected cases approaches 10000.

答案

The number of infected cases approaches 10000.

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