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In einem Laborversuch soll die Entwicklung einer Bakterienkultur mit folgender Exponentialfunktion modelliert werden:
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a) |
Bestimmen Sie geeignete Werte für n0, a und k, wenn die Anzahl der Bakterien bei Versuchsbeginn 4 Millionen beträgt und nach x = 8 Stunden auf maximal 12 Millionen angewachsen ist. Stellen Sie die Funktionsgleichung auf.
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b) |
Zeichnen Sie den Graphen in ein geeignetes Koordinatensystem. (I = [ 0 ; 50 ]).
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c) |
Beschreiben Sie den Entwicklungsverlauf der Bakterienkultur.
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d) |
Berechnen Sie den Wendepunkt. Interpretieren Sie das Ergebnis in Bezug auf den Laborversuch.
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e) |
Berechnen Sie die Fläche zwischen dem Graphen und der x- Achse im Intervall [ 0 , 8 ]. Welche Bedeutung könnte die Fläche (Anzahl der Bakterien mal Zeit) in Zusammenhang mit dem Laborversuch haben?
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f) |
Bestimmen Sie die Asymptote für f(x). Von welcher Bedeutung ist diese für den Laborversuch?
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Lösung:
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a) |
Bei Versuchsbeginn ( t = 0 ) sind 4 Mio. Bakterien vorhanden.
Nach 8 Stunden ist die Anzahl auf maximal 12 Mio. angewachsen.
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b) |
Wertetabelle:
Der Graph:
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c) |
Entwicklungsverlauf der Bakterienkultur.
Bei Versuchsbeginn sind 4 Mio. Bakterien vorhanden. Die Anzahl der Bakterien nimmt anfangs stark zu, um dann nach 8 Stunden ihren Maximalwert von 12 Mio. zu erreichen. Danach verringert sich die Anzahl der Bakterien nach einer abklingenden e- Funktion.
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d) |
Der Wendepunkt.
Zuerst die drei Ableitungen:
Bedingungen für einen Wendepunkt:
In Bezug auf den Laborversuch bedeutet der Wendepunkt, dass nach 16 Stunden die momentane Abnahme der Anzahl der Bakterien am größten ist.
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e) |
Flächenberechnung:
Die Fläche zwischen dem Graphen und der x- Achse (Anzahl der Bakterien mal Zeit) kann als Wirkungsfaktor aufgefasst werden.
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f) |
Asymptote:
Die Asymptote ist die Parallele zur x- Achse im Abstand 4. In Bezug auf den Laborversuch bedeutet das:
Wird der Versuch über eine längere Zeit durchgeführt, so geht die Anzahl der Bakterien auf 4 Mio. zurück.
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