줄어드는 측정값에 남아 있는 바탕 신호를 찾는다

어떤 측정값은 일정한 바탕 신호 B 위에 감소하는 성분이 더해져 있다. 세 시점의 기록으로 B, A, r을 구하라. 측정값 자체의 비율 C₁/C₀를 감소율로 쓰면 무엇이 잘못되는가?

여러 부품과 연결이 있는 전자 회로 기판

사진: Ashley Pomeroy · CC BY 4.0 · 원본 출처

Cn=B+Arn,A>0,0<r<1,C0=86, C1=70, C2=57.2C_n=B+Ar^n,\quad A>0,\quad 0<r<1,\qquad C_0=86,\ C_1=70,\ C_2=57.2

어떤 측정값은 일정한 바탕 신호 B 위에 감소하는 성분이 더해져 있다. 세 시점의 기록으로 B, A, r을 구하라. 측정값 자체의 비율 C₁/C₀를 감소율로 쓰면 무엇이 잘못되는가?

r=C1−C2C0−C1=45,B=6,A=80r=\frac{C_1-C_2}{C_0-C_1}=\frac45,\qquad B=6,\quad A=80

연속한 기록의 차를 취하면 바탕 신호 B가 사라진다. C₀−C₁=A(1−r), C₁−C₂=Ar(1−r)이므로 두 차의 비율이 r이다. 실제 차는 16과 12.8이어서 r=0.8이다. C₁=B+r(C₀−B)를 정리하면 70=0.8×86+0.2B이므로 B=6, A=86−6=80이다. 세 값을 다시 대입하면 86,70,57.2가 모두 나온다. 원래 측정값의 비율은 바탕 성분까지 포함하므로 일정한 등비가 아니다. 주어진 자료가 모형을 결정한다는 것과 현실에서 이 모형이 계속 유지된다는 주장은 구분한다. 기준 신호를 뺀 뒤의 수열이 공비 r인 등비수열이라는 조건을 사용했다.

교사 질문: 네 번째 측정값이 예측과 다르면 계산 오류 외에 어떤 모형 가정을 점검해야 할까?

출처·착안: Carbon Dating — Exponentials and Logarithms. 위 문항의 조건·수치·풀이와 교사 질문은 새로 작성했다.