将某种鱼引入池塘并每天记录其数量。经观察,tt 天后,其数量 PP 由 P=5000+AektP = 5000 + Ae^{kt} 给出,其中 AA 和 kk 是常数。最初,池塘里有 3000 条鱼。10 天后,还剩 3800 条鱼。

  1. (i)

    证明 A=−2000A = -2000。

  2. (ii)

    求 kk 的值,结果保留 3 位有效数字。

  3. (iii)

    解释为什么鱼的数量永远无法达到 5000。

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完整解法

6(i)

1. Substitute the initial conditions into the population model

Initially, t=0t = 0 and P=3000P = 3000.
3000=5000+Aek(0)3000 = 5000 + Ae^{k(0)}

2. Solve for A

3000=5000+A(1)3000 = 5000 + A(1)
A=3000−5000A = 3000 - 5000
A=−2000A = -2000 (shown)

答案

Shown

6(ii)

1. Substitute the given values into the population model

Given P=5000−2000ektP = 5000 - 2000e^{kt}.
When t=10t = 10, P=3800P = 3800:
3800=5000−2000e10k3800 = 5000 - 2000e^{10k}

2. Isolate the exponential term

2000e10k=5000−38002000e^{10k} = 5000 - 3800
2000e10k=12002000e^{10k} = 1200
e10k=0.6e^{10k} = 0.6

3. Solve for $k$ using natural logarithms

10k=ln⁡0.610k = \ln 0.6
k=ln⁡0.610k = \frac{\ln 0.6}{10}
k≈−0.05108k \approx -0.05108
k=−0.0511 (to 3 s.f.)k = -0.0511 \text{ (to 3 s.f.)}

答案

k=−0.0511k = -0.0511

6(iii)

1. Substitute the value of A into the population model

From (i), A=−2000A = -2000. The population model is P=5000−2000ektP = 5000 - 2000e^{kt}.

2. Use the property of the exponential function to explain the upper bound

For any real value of tt, ekt>0e^{kt} > 0.
Therefore, −2000ekt<0-2000e^{kt} < 0.
Hence, P=5000−2000ekt<5000P = 5000 - 2000e^{kt} < 5000.
This means the number of fishes will always be strictly less than 5000.

答案

Since ekt>0e^{kt} > 0 for all tt, P=5000−2000ekt<5000P = 5000 - 2000e^{kt} < 5000. Thus, the population can never reach 5000.

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