放射性物质 QQ 每分钟以其质量的 6% 的恒定速率衰变。如果 MM 是 QQ 的初始质量,解释为什么 tt 分钟后 QQ 的质量为 (0.94)tM(0.94)^t M。 10 分钟后,QQ 的 xx% 发生了衰变。求 xx 的值(保留 2 位有效数字)。 已知 tt 分钟后剩余的 QQ 的质量可以表示为 MektM e^{kt},求常数 kk 的值。

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完整解法

2(i)

1. Find the mass of $Q$ after 1 minute

Initial mass = MM
Mass after 1 minute = M−0.06M=0.94MM - 0.06M = 0.94M

2. Generalise the mass of $Q$ after $t$ minutes

Mass after 2 minutes = 0.94M−0.06(0.94M)=0.94(0.94M)=(0.94)2M0.94M - 0.06(0.94M) = 0.94(0.94M) = (0.94)^2 M
Since the mass is multiplied by 0.940.94 every minute, the mass after tt minutes is (0.94)tM(0.94)^t M.

答案

Shown that the mass after tt minutes is (0.94)tM(0.94)^t M.

2(ii)

1. Find the proportion of the mass remaining after 10 minutes

Mass remaining after 10 minutes =(0.94)10M≈0.538615M= (0.94)^{10}M \approx 0.538615M

2. Calculate the percentage decayed and round to 2 significant figures

Mass decayed =M−0.538615M=0.461385M= M - 0.538615M = 0.461385M
Percentage decayed =0.461385×100%=46.1385%= 0.461385 \times 100\% = 46.1385\%
x=46x = 46 (to 2 s.f.)

答案

4646

2(iii)

1. Equate the two expressions for the mass of $Q$ after $t$ minutes.

Mekt=M(0.94)tM e^{kt} = M(0.94)^t

2. Solve for $k$ by taking the natural logarithm.

ekt=(0.94)te^{kt} = (0.94)^t
ek=0.94e^k = 0.94
k=ln⁡(0.94)k = \ln(0.94)
k≈−0.061875≈−0.0619 (to 3 s.f.)k \approx -0.061875 \approx -0.0619 \text{ (to 3 s.f.)}

答案

k=−0.0619k = -0.0619

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