대수지수함수와 로그함수수능 기출기본 문제 (3점 중반)

배터리 충전 지수식

문제

최대 충전 용량이 Q0Q _{0}(Q0>0)\left( Q _{0} > 0 \right)인 어떤 배터리를 완전히 방전시킨 후 tt시간 동안 충전한 배터리의 충전 용량을 Q(t)Q ( t )라 할 때, 다음 식이 성립한다고 한다. Q(t)=Q0(12ta)\displaystyle Q ( t ) = Q _{0} \left( 1 - 2 ^{- \frac{t}{a}} \right) (단, aa는 양의 상수이다.) Q(4)Q(2)=32\displaystyle \frac{Q ( 4 )}{Q ( 2 )} = \frac{3}{2}일 때, aa의 값은? (단, 배터리의 충전 용량의 단위는 mAh\mathrm{mAh}이다.) [3점] 32\displaystyle \frac{3}{2}2252\displaystyle \frac{5}{2}3372\displaystyle \frac{7}{2}

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해설

[출제의도] 지수함수를 이용하여 실생활 문제를 해결한다. a>0a > 0에서 0<22a<1\displaystyle 0 < 2 ^{- \frac{2}{a}} < 1이므로 122a>0\displaystyle 1 - 2 ^{- \frac{2}{a}} > 0이다. Q(4)Q(2)\displaystyle \frac{Q ( 4 )}{Q ( 2 )}=Q0(124a)Q0(122a)\displaystyle = \frac{Q _{0} \left( 1 - 2 ^{- \frac{4}{a}} \right)}{Q _{0} \left( 1 - 2 ^{- \frac{2}{a}} \right)}=1(22a)2122a\displaystyle = \frac{1 - \left( 2 ^{- \frac{2}{a}} \right) ^{2}}{1 - 2 ^{- \frac{2}{a}}}=(122a)(1+22a)122a\displaystyle = \frac{\left( 1 - 2 ^{- \frac{2}{a}} \right) \left( 1 + 2 ^{- \frac{2}{a}} \right)}{1 - 2 ^{- \frac{2}{a}}}=1+22a\displaystyle = 1 + 2 ^{- \frac{2}{a}} Q(4)Q(2)\displaystyle \frac{Q ( 4 )}{Q ( 2 )}=32\displaystyle = \frac{3}{2}에서 1+22a=32\displaystyle 1 + 2 ^{- \frac{2}{a}} = \frac{3}{2} 22a=12=21\displaystyle 2 ^{- \frac{2}{a}} = \frac{1}{2} = 2 ^{- 1} 2a=1\displaystyle - \frac{2}{a} = \mathit{-} 1에서 a=2a = 2 [다른 풀이] Q(4)Q(2)\displaystyle \frac{Q ( 4 )}{Q ( 2 )}=32\displaystyle = \frac{3}{2}에서 2Q(4)=3Q(2)2 Q ( 4 ) = 3 Q ( 2 ) 2Q0(124a)=3Q0(122a)\displaystyle 2 Q _{0} \left( 1 - 2 ^{- \frac{4}{a}} \right) = 3 Q _{0} \left( 1 - 2 ^{- \frac{2}{a}} \right) 22a=t\displaystyle 2 ^{- \frac{2}{a}} = t로 놓으면 a>0a > 0이므로 0<t<10 < t < 1이다. 2(1t2)=3(1t)2 ( 1 - t ^{2} ) = 3 \left( 1 - t \right) 2(1t)(1+t)=3(1t)2 ( 1 - t ) ( 1 + t ) = 3 ( 1 - t ) 2(1+t)=32 ( 1 + t ) = 3 t=12\displaystyle t = \frac{1}{2}22a=21\displaystyle 2 ^{- \frac{2}{a}} = 2 ^{- 1} 2a=1\displaystyle - \frac{2}{a} = \mathit{-} 1에서 a=2a = 2

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