두 감소 성분을 더하면 하나의 감소율로 설명할 수 있을까

서로 다른 비율로 줄어드는 두 성분의 합을 관찰한다. F₀와 F₁에 맞춘 하나의 등비수열 Gₙ=arⁿ이 F₂도 맞출 수 있는가? 세 값만으로 그 주장을 판정하라.

피복이 벗겨져 내부 전선이 보이는 케이블

사진: Raimond Spekking · CC BY-SA 4.0 · 원본 출처

Fn=3(12)n+5(14)n(n=0,1,2,…)F_n=3\left(\frac12\right)^n+5\left(\frac14\right)^n\qquad(n=0,1,2,\ldots)

서로 다른 비율로 줄어드는 두 성분의 합을 관찰한다. F₀와 F₁에 맞춘 하나의 등비수열 Gₙ=arⁿ이 F₂도 맞출 수 있는가? 세 값만으로 그 주장을 판정하라.

F0=8,F1=114,F2=1716,G2=121128≠136128F_0=8,\quad F_1=\frac{11}{4},\quad F_2=\frac{17}{16},\qquad G_2=\frac{121}{128}\ne\frac{136}{128}

G₀=F₀이면 a=8이고, G₁=F₁이면 r=(11/4)/8=11/32로 강제된다. 그러면 G₂=8(11/32)²=121/128이다. 실제 F₂는 3/4+5/16=17/16=136/128이므로 세 번째 값에서 실패한다. 감소하는 양 두 개의 합이 감소한다는 사실은 그 합의 비율도 일정하다는 뜻이 아니다. 기록 두 개만 맞는 모형을 발견했을 때 세 번째 자료를 검증용으로 남겨 두는 이유가 여기 드러난다. 두 번째 성분이 훨씬 빨리 줄어들면 나중에는 느린 성분의 비율에 가까워질 수 있지만, 처음부터 정확히 같은 등비수열은 아니다.

교사 질문: 두 자료로 모형을 정하는 단계와 새 자료로 모형을 확인하는 단계를 서로 다른 색으로 표시하게 하자.

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