非現実的ではあるが、漫画「ドラえもん」の現象を分析することから、指数・対数に興味をもち、
指数の発散のすごさと常用対数の有用性を感じるのが、この教材のねらいである。
漫画「ドラえもん」の17巻に「バイバイン」という話がある。これは、「バイバイン」という
薬をくりまんじゅうにかけると、食べない限り5分間で2倍に増えていくというものである。
しかし、のび太が食べきれなかったので、くりまんじゅうが増えすぎてしまい、仕方なく
ドラえもんが宇宙のかなたに送ってハッピーエンドという話である。
ドラえもんとしては、宇宙は広いので大丈夫ということなのだろうが、くりまんじゅうは
宇宙でも増え続け、いつか宇宙をうめつくすだろう。それはいつだろうか?
予想して次の中から選んでみよう。
①1日位,②1年位,③100年位,④1000年位,⑤それ以上。
実際に聞いてみると、②の予想、つまり「1年で埋めつくす」という回答が多かった。
宇宙を半径150億光年の球として考える。1光年は光が1年間に進む速さである。
光は1秒間に地球を約7周半するから、1秒間に4万km×7.5=30万km進むので、
1年間では30万×60秒×60分×24時間×365日=9兆4600億kmである。
よって、1光年を約10兆km=1013km=1016mとして考える。
すると150億光年は、1.5×1010光年=1.5×1010×1016=(3/2)×1026m
ゆえに、宇宙の体積は、(4/3)π×{(3/2)×1026}3≒(27/2)×1078m3と考える。
(※π≒3として計算した。)
くりまんじゅう1個の大きさを100cm3≒10-4m3とする。
くりまんじゅうは5分で2倍になるので、1時間では12回分裂して212倍になる。
よって、1個のくりまんじゅうはn時間後には、212n個になるので、
n時間後のくりまんじゅうの体積は、212n×10-4m3と考える。
指数方程式212n×10-4=(27/2)×1078を解けばよい。
212n=(27/2)×1082で、両辺の常用対数をとると、
log10212n=log10{(27/2)×1082}
ここで、log102≒0.3010、log103≒0.4771とすると、
12n×log102=log1027-log102+log101082 = log1033-log102+82
=3log103-log102+82
12n×0.3010=3×0.4771-0.3010+82
3.612n=83.1303
よって、n≒23.015(時間)となり、連続量で考えると約23時間1分、
実際は5分で分裂するので、23時間5分になったとき、つまり、1日もしないうちに
宇宙はくりまんじゅうに埋めつくされてしまい、この話はハッピーエンドではないことがわかる。
指数の範囲だけでこの話題を扱う場合には、210=1024であるから、210≒103の近似
を使って求めるとよい。
1日後のくりまんじゅうの大きさは、n=24とすると、212×24×10-4=2288×10-4m3となるが、
ここで、2288×10-4=(210)28.8×10-4=(103)28.8×10-4=1086.4×10-4=1082.4m3
と近似できる。宇宙の大きさは、(27/2)×1078=1.35×1079m3だから、1日後のくりまんじゅうの大きさの方が大きく、この計算でも1日もしないうちに宇宙は
くりまんじゅうに埋めつくされてしまうことがわかる。
実は最近のテレビバージョンでは、ドラえもんがくりまんじゅう1個を宇宙に送り忘れている
というオチで終わるのであるが・・・