将一片面包放在烤箱中烤至 154∘C154^\circ\text{C}。随后将其取出并自然冷却,使其在从烤箱中取出后 tt 分钟的温度 T∘CT^\circ\text{C} 由以下公式给出: T=26+Ae−ktT = 26 + Ae^{-kt},其中 AA 和 kk 是常数, tt 是从烤箱中取出后的时间(以分钟为单位)。

  1. (i)

    求 AA 的值。

  2. (ii)

    数值 “26” 代表什么?

  3. (iii)

    当 t=2t = 2 时,面包的温度为 116∘C116^\circ\text{C}。

    求 kk 的值。

  4. (iv)

    建议在面包温度为 45∘C45^\circ\text{C} 时食用。

    写出清晰的解答过程,确定从烤箱中取出面包后,需要等待多少分钟才可以食用。

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完整解法

2(i)

1. Substitute the initial condition into the equation

When t=0t = 0, T=154T = 154.
154=26+Ae−k(0)154 = 26 + Ae^{-k(0)}

2. Solve for A

154=26+A(1)154 = 26 + A(1)
A=154−26A = 154 - 26
A=128A = 128

答案

A=128A = 128

2(ii)

1. Interpret the constant term in the exponential decay model

As t→∞t \to \infty, e−kt→0e^{-kt} \to 0, so T→26T \to 26. This means the temperature of the bread approaches 26∘C26^\circ\text{C} over a long time.

答案

The value 26 represents the room temperature (or the final temperature the bread cools down to).

2(iii)

1. Substitute the given values and the value of $A$ from part (i) into the equation

From part (i), A=128A = 128.
Substitute t=2t = 2, T=116T = 116 and A=128A = 128 into T=26+Ae−ktT = 26 + Ae^{-kt}:
116=26+128e−2k116 = 26 + 128e^{-2k}

2. Solve for $k$ using natural logarithms

116−26=128e−2k116 - 26 = 128e^{-2k}
90=128e−2k90 = 128e^{-2k}
e−2k=90128=4564e^{-2k} = \frac{90}{128} = \frac{45}{64}
−2k=ln⁡(4564)-2k = \ln\left(\frac{45}{64}\right)
k=−12ln⁡(4564)k = -\frac{1}{2} \ln\left(\frac{45}{64}\right)
k≈0.17639≈0.176 (to 3 s.f.)k \approx 0.17639 \approx 0.176 \text{ (to 3 s.f.)}

答案

k=0.176k = 0.176

2(iv)

1. Substitute the known values of $T$, $A$, and $k$ into the model equation

From earlier parts, A=128A = 128 and k=−12ln⁡(4564)≈0.1761k = -\frac{1}{2}\ln\left(\frac{45}{64}\right) \approx 0.1761.
Substitute T=45T = 45 into the equation:
45=26+128e−0.1761t45 = 26 + 128e^{-0.1761t}

2. Solve the exponential equation for $t$

19=128e−0.1761t19 = 128e^{-0.1761t}
e−0.1761t=19128e^{-0.1761t} = \frac{19}{128}
−0.1761t=ln⁡(19128)-0.1761t = \ln\left(\frac{19}{128}\right)
t=ln⁡(19/128)−0.1761≈10.830t = \frac{\ln(19/128)}{-0.1761} \approx 10.830

答案

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