已知某种放射性物质随着时间衰变,其在 tt 小时后的质量为 MM 克,由公式 M=100(4−kt)M = 100\left(4^{-kt}\right) 给出,其中 kk 是一个正常数。该块物质的初始质量为 100 克。40 小时后,其质量减少到 90 克。

  1. (i)

    求 kk 的值。

  2. (ii)

    计算当 t=263t = 263 时,该块物质剩余的质量占初始质量的百分比。

  3. (12)
    1. (b)

      将方程 log⁡5x+log⁡25(x−2)=1\log_{5} x + \log_{25} (x-2) = 1 表示为关于 xx 的三次方程。

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完整解法

12(a)(i)

1. Substitute the given values of $M$ and $t$ into the equation

90=100(4−40k)90 = 100(4^{-40k})

2. Isolate the exponential term

4−40k=901004^{-40k} = \frac{90}{100}
4−40k=0.94^{-40k} = 0.9

3. Use logarithms to solve for $k$

ln⁡(4−40k)=ln⁡(0.9)\ln(4^{-40k}) = \ln(0.9)
−40kln⁡(4)=ln⁡(0.9)-40k \ln(4) = \ln(0.9)
k=ln⁡(0.9)−40ln⁡(4)k = \frac{\ln(0.9)}{-40 \ln(4)}
k≈0.00190004k \approx 0.00190004
k=0.00190 (to 3 s.f.)k = 0.00190 \text{ (to 3 s.f.)}

答案

0.001900.00190

12(a)(ii)

1. Find the value of $k$ from the information given in part (i)

From part (i), when t=40t = 40, M=90M = 90:
90=100(4−40k)90 = 100(4^{-40k})
0.9=4−40k0.9 = 4^{-40k}
−40kln⁡4=ln⁡0.9-40k \ln 4 = \ln 0.9
k=−ln⁡0.940ln⁡4≈0.0018999k = -\frac{\ln 0.9}{40 \ln 4} \approx 0.0018999

2. Substitute $t = 263$ and $k$ to find the remaining mass and percentage

When t=263t = 263:
M=100(4−263×0.0018999)M = 100(4^{-263 \times 0.0018999})
M=100(0.9)26340M = 100(0.9)^{\frac{263}{40}}
M≈50.033M \approx 50.033
Since the original mass is 100 g100\text{ g}, the percentage remaining is:
50.033100×100%=50.0% (to 3 s.f.)\frac{50.033}{100} \times 100\% = 50.0\% \text{ (to 3 s.f.)}

答案

50.0%50.0\%

12(a)(12)(b)

1. Change the base of the second logarithmic term to base 5.

log⁡5x+log⁡5(x−2)log⁡525=1\log_{5} x + \frac{\log_{5} (x-2)}{\log_{5} 25} = 1
log⁡5x+log⁡5(x−2)2=1\log_{5} x + \frac{\log_{5} (x-2)}{2} = 1

2. Multiply by 2 and use the power law of logarithms.

2log⁡5x+log⁡5(x−2)=22\log_{5} x + \log_{5} (x-2) = 2
log⁡5x2+log⁡5(x−2)=2\log_{5} x^2 + \log_{5} (x-2) = 2

3. Combine the logarithms using the product law and convert to exponential form to obtain the cubic equation.

log⁡5[x2(x−2)]=2\log_{5} [x^2(x-2)] = 2
x2(x−2)=52x^2(x-2) = 5^2
x3−2x2=25x^3 - 2x^2 = 25
x3−2x2−25=0x^3 - 2x^2 - 25 = 0

答案

x3−2x2−25=0x^3 - 2x^2 - 25 = 0

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