将 50 毫克的挥发性物质放置在实验室内。 tt 分钟后其质量为 MM 毫克,由 M=120−ke−12tM = 120 - k e^{-\tfrac{1}{2}t} 给出,其中 kk 是常数。

  1. (i)

    解释为什么 k=70k = 70。

  2. (ii)

    确定该物质完全挥发瞬间的 tt 值。

  3. (iii)

    画出 MM 关于 tt 的函数图像简图。

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完整解法

2(i)

1. Substitute the initial conditions into the model to show the value of $k$

At t=0t = 0, M=50M = 50.
50=120−ke−12(0)50 = 120 - k e^{-\frac{1}{2}(0)}
50=120−k(1)50 = 120 - k(1)
k=120−50k = 120 - 50
k=70k = 70

答案

At t=0t = 0, M=50M = 50. Substituting these values gives 50=120−ke050 = 120 - k e^0, which simplifies to k=120−50=70k = 120 - 50 = 70.

2(iii)

1. Determine the key features of the curve

When t=0t = 0: M=120−70e0=120−70=50M = 120 - 70e^{0} = 120 - 70 = 50, so the curve starts at (0, 50)(0,\,50).

As t→∞t \to \infty: e−12t→0e^{-\tfrac{1}{2}t} \to 0, so M→120M \to 120. Hence M=120M = 120 is a horizontal asymptote, and MM increases towards it.

2. Sketch the curve with correct shape and labelled features

Draw an increasing, concave-down curve for t⩾0t \geqslant 0:

  • starting at the MM-intercept (0, 50)(0,\,50),
  • rising steeply at first then flattening,
  • approaching the horizontal asymptote M=120M = 120 (shown as a dashed line) without crossing it.

Label the intercept 5050 and the asymptote M=120M = 120.

答案

An increasing, concave-down curve starting at the point (0, 50)(0,\,50) on the MM-axis, rising and bending towards (but never reaching) the horizontal asymptote M=120M = 120 as tt increases (drawn for t⩾0t \geqslant 0).

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