Math Problem Statement

厚さ0.05mmの紙を何回折れば月に届く?

Solution

この問題は指数関数の成長を考える面白い例です。月までの距離は約38万km(= 380,000,000m)とします。紙を折るたびに、その厚さは2倍になります。この問題は次のように解けます。


1. 初期条件と目標

  • 紙の初期の厚さ: 0.05mm=0.00005m0.05 \, \text{mm} = 0.00005 \, \text{m}
  • 月までの距離: 380,000,000m380,000,000 \, \text{m}

折りたたむたびに厚さは倍になるので、厚さは以下のように増加します: tn=t02nt_n = t_0 \cdot 2^n ここで、t0=0.00005t_0 = 0.00005 m、nnは折る回数、tnt_nnn回折った後の厚さです。

目標は次の条件を満たす最小のnnを見つけることです: t02n380,000,000t_0 \cdot 2^n \geq 380,000,000


2. 方程式を解く

方程式を整理します: 2n380,000,0000.000052^n \geq \frac{380,000,000}{0.00005} 右辺を計算します: 380,000,0000.00005=7.6×1012\frac{380,000,000}{0.00005} = 7.6 \times 10^{12} したがって、方程式は 2n7.6×10122^n \geq 7.6 \times 10^{12}

両辺の対数をとります(底は2): nlog2(7.6×1012)n \geq \log_2(7.6 \times 10^{12})


3. nnの計算

log2(x)\log_2(x)は次の式で計算できます: log2(x)=log10(x)log10(2)\log_2(x) = \frac{\log_{10}(x)}{\log_{10}(2)} ここで、log10(7.6×1012)\log_{10}(7.6 \times 10^{12})を計算します: log10(7.6×1012)=log10(7.6)+log10(1012)\log_{10}(7.6 \times 10^{12}) = \log_{10}(7.6) + \log_{10}(10^{12}) log10(7.6)0.88,log10(1012)=12\log_{10}(7.6) \approx 0.88, \quad \log_{10}(10^{12}) = 12 log10(7.6×1012)12.88\log_{10}(7.6 \times 10^{12}) \approx 12.88 また、log10(2)0.301\log_{10}(2) \approx 0.301なので: log2(7.6×1012)=12.880.30142.82\log_2(7.6 \times 10^{12}) = \frac{12.88}{0.301} \approx 42.82

したがって、n43n \geq 43です。


4. 答え

紙を43回折れば月に届くことがわかります。


補足

現実では、紙を43回折るのは物理的にほぼ不可能です。紙が厚くなりすぎて折ることができなくなるためです。しかし、数学的には可能です。


追加質問と1つのヒント

  1. 指数関数の成長について詳しく知りたいですか?
  2. 他の距離(例: 太陽まで)では何回折る必要がありますか?
  3. 紙の厚さが異なる場合、どう影響しますか?
  4. 対数関数の性質を知りたいですか?
  5. 実際に紙を何回折れるかについて物理的な制約を学びたいですか?

ヒント: 対数関数は、急激に増加する値を簡潔に表現するのに便利です。

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Math Problem Analysis

Mathematical Concepts

Exponential Growth
Logarithms

Formulas

t_n = t_0 * 2^n
log2(x) = log10(x) / log10(2)

Theorems

Properties of Exponential Functions
Properties of Logarithms

Suitable Grade Level

Grades 9-12