等比数列的模型应用

        这个月我们数学必修五课本学了数列,其中等差数列比较简单,等比数列与现实生活中许多东西联系较为密切。所以我今天重点讲述等比数列应用。本期里面的计算多数用到计算器,因为带小数的高次乘方计算量巨巨大。

人口增减预测模型

        生物上我们也讲过,生物的增长模型有一段可以用指数函数表示,而等比数列可以看成定义域为正整数的指数函数。

      我们知道,雌性个体和雄性个体交配产生后代,此物种要想一直保持增长型或稳定型,那么每对配偶至少繁殖两个个体(不考虑疾病、意外死亡等因素)才能保证。

        同样,对人类也是,国际上平均每对夫妻要生育2.2个孩子才能保证世代更替平衡,人口不减少。生育率为平均每两个人生育的后代,单位可取:%,而每过一代人,人口与上一代之比等于当代人的生育率与2.2之比,若以30年为一代,A0为当年人口,那么经过n年人口数目可以表示为:An=A0*(生育率/2.2)^(n/30)

    这几年,我们国家人口出生率一路下滑,甚至在上海出现了几天全城无人生孩子、出生率减少为百分之一的现象,2020年全国平均生育率1.3,今年可能要跌至1.1甚至1,也就是每过一代人,人口要锐减一半,也就是2050年中国人口剩下7亿左右,下世纪2100跌破3亿至以下(这还是生育率不变情况下,实际上生育率降为0.9以下时,这个等比数列的公比会更小,可能每隔20年都要减半一次,比如韩国)


利滚利预测

        我们知道,有些非正规地方的贷款为了更多的赚钱,实行利滚利模式,也就是连同本金和涨的利息算入下一年的利息增长里面,这就可以用等比数列来模拟。

        比如一个地方贷款日利率为0.1%,那么100天后利本约比为10.51%,也就是贷款10万,大概利息10512元左右。

        这还是利率不变情况,有些地方,每隔10天,利率也会翻倍一次,也就是过10天,利率会涨到0.2%,再过10天变成0.4%,随后0.8%、1.6%、3.2%……大概50天后利息就会超过3.6万,随后利息极速增长,第62天利息超过本金,利本总额达到21.11万以上,80天后欠债总额过百万。计算为:本金*1.001^10*1.002^10*1.004^10*1.008^10………而且已还的本金还要计算入第二天的利息里,除非全部还完。除此之外,还有一些地方会实行利息先付制度,让你本金偿还不到位,还钱更慢。

十二平均律

        在近现代,一些音乐、数学家,为了调音方便,普遍实行十二平均律,把一个八度音程分成12个小音,理解上为选择一个基音,向右数到第12个音(黑白键全算上),就是高八度,波长变为1/2(声波是机械波,波长用的不多),频率变为2倍。

        下面就是数学问题了。古代人只用算盘就算出了2开12次根号,即为每一个音频率与前一个音比值,约等于1.059,这个数的12次方就是2。计算音阶频率公式为:f'=f*2^(n/12),向右为正,向左为负,当n=5时,相当于+5key(转为F调),f’≈1.335f,很接近古代的4/3的完美音律。同样,升7key(G调),f'≈1.498,接近3/2的比值,由于是等比数列,每隔一个音作商,比值仍不变,且与初始音无关。

        比如国际标准音A4(中音la)=440Hz,那么A3(低音la)就是220Hz,+1key是A#3,频率≈233Hz,从A3开始向右数7个音,就是E4,频率约为329.6Hz。比如我们要知道超声波对应的音高,首先20000Hz,计算与A4的比值,再不断除以2,直到得数小于2为止,通过计算除以32(2的5次方,五个八度)得到≈1.42,再与十二平均律对比,与2^(6/12)=根号2接近,那么2wHz大概是A9再升6key为D#10(虽然是钢琴最右边以外的音,但是仍然能计算)

       

      太长时间没有更新,今天就更新一期数学问题,等比数列的问题今天我就聊到这里,下次我们再聊。

     

       

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