Wachstums- und Zerfallsprozesse: Unterschied zwischen den Versionen
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Für die Matura sind dabei besonders die folgenden Funktionen wichtig: | Für die Matura sind dabei besonders die folgenden Funktionen wichtig: | ||
| − | * [[Lineare Funktionen | lineare Funktionen y=kx+d]] | + | * [[Lineare Funktionen | lineare Funktionen $y=kx+d$]] |
* [[Exponentialfunktionen(3.5.)| Exponentialfunktionen $y=b\cdot a^x$ oder $y=b\cdot e^{\lambda \cdot x}$]] | * [[Exponentialfunktionen(3.5.)| Exponentialfunktionen $y=b\cdot a^x$ oder $y=b\cdot e^{\lambda \cdot x}$]] | ||
* [[quadratische Funktionen | quadratische Funktionen $y=ax^2+bx+c$]] | * [[quadratische Funktionen | quadratische Funktionen $y=ax^2+bx+c$]] | ||
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== Grundbegriffe == | == Grundbegriffe == | ||
| − | * $t...$ gibt die vergangene Zeit an (in Jahren oder Tagen oder Stunden oder | + | * $t...$ gibt die vergangene Zeit an (in Jahren oder Tagen oder Stunden oder ... . Die Einheit steht immer in der Angabe!) |
| − | * $N_0...$ Anfangswert (Anzahl/Größe zum Zeitpunkt 0) | + | * $N_0...$ Anfangswert (Anzahl/Größe zum Zeitpunkt $0$) |
| − | * $N(t)...$ Anzahl/Größe | + | * $N(t)...$ Anzahl/Größe nach t Zeiteinheiten (z. B. $t$ gebe die Stunden an, dann ist $N(5)$ die Anzahl nach $5$ Stunden) |
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| − | Eine Größe verändert sich linear, wenn sie in gleichen Zeitabständen '''um denselben konstanten Wert k''' wächst. | + | Eine Größe verändert sich linear, wenn sie in gleichen Zeitabständen '''um denselben konstanten Wert $k$''' wächst. |
Die Funktionsgleichung für eine solche Veränderung lautet dann: | Die Funktionsgleichung für eine solche Veränderung lautet dann: | ||
$$ N(t)= k\cdot t +N_0 $$ | $$ N(t)= k\cdot t +N_0 $$ | ||
| − | * Ist k>0, so handelt es sich um ein lineares Wachstum | + | * Ist $k>0$, so handelt es sich um ein lineares Wachstum |
| − | * Ist k<0, so handelt es sich um eine lineare Abnahme | + | * Ist $k<0$, so handelt es sich um eine lineare Abnahme |
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* '''Herleitung der Funktionsgleichung:''' | * '''Herleitung der Funktionsgleichung:''' | ||
| − | Angenommen eine Population hat zu Beginn $N_0$ Individuen und wächst pro Zeiteinheit (z.B. pro Stunde) um den Wert k. | + | Angenommen eine Population hat zu Beginn $N_0$ Individuen und wächst pro Zeiteinheit (z. B. pro Stunde) um den Wert $k$. |
Dann gilt für $N(1)=$ Individuen nach einer Stunde: | Dann gilt für $N(1)=$ Individuen nach einer Stunde: | ||
$$N(1)=N_0+k$$ | $$N(1)=N_0+k$$ | ||
| − | Nach 2 Stunden hat sich die Population wieder um k vermehrt und damit ist | + | Nach $2$ Stunden hat sich die Population wieder um $k$ vermehrt und damit ist |
$$N(2)=N(1)+k=(N_0+k)+k=N_0+2k$$ | $$N(2)=N(1)+k=(N_0+k)+k=N_0+2k$$ | ||
| − | Und nach 3 Stunden gilt | + | Und nach $3$ Stunden gilt |
$$N(3)=N(2)+k=(N_0+2k)+k=N_0+3k$$ | $$N(3)=N(2)+k=(N_0+2k)+k=N_0+3k$$ | ||
| − | Ganz allgemein gilt dann für die Population nach t Stunden: | + | Ganz allgemein gilt dann für die Population nach $t$ Stunden: |
$$N(t)=N_0+k\cdot t$$ | $$N(t)=N_0+k\cdot t$$ | ||
| Zeile 70: | Zeile 70: | ||
| − | '''Musterbeispiel:''' <br />{{Vorlage:Beispiel|1= Stanislaus hat ein Geburtsgewicht von 3120 g. Nach 3 Wochen hat er bereits 3900 g. | + | '''Musterbeispiel:''' <br />{{Vorlage:Beispiel|1= Stanislaus hat ein Geburtsgewicht von $3120 g$. Nach $3$ Wochen hat er bereits $3900 g$. |
<br /> | <br /> | ||
<br /> | <br /> | ||
# Erstelle ein lineares Modell, welches die Abhängigkeit des Gewichts vom Alter beschreibt. | # Erstelle ein lineares Modell, welches die Abhängigkeit des Gewichts vom Alter beschreibt. | ||
| − | # Was bedeuten die Parameter k und d in diesem Zusammenhang? | + | # Was bedeuten die Parameter $k$ und $d$ in diesem Zusammenhang? |
| − | # Stanislaus ist bei seiner Taufe 10 Wochen alt. Welches Gewicht hat er? | + | # Stanislaus ist bei seiner Taufe $10$ Wochen alt. Welches Gewicht hat er? |
| − | # Wann erreicht Stanislaus ein Gewicht von 6,2 kg? <br />|2= Lösung | + | # Wann erreicht Stanislaus ein Gewicht von $6,2 kg$? <br />|2= Lösung |
| − | # $y=260x+3120$, wobei y=Gewicht in g, x = Alter in Wochen | + | # $y=260x+3120$, wobei $y=$ Gewicht in $g$, $x=$ Alter in Wochen |
| − | # k beschreibt die wöchentliche Zunahme in Gramm und d beschreibt das Geburtsgewicht von Stanislaus | + | # $k$ beschreibt die wöchentliche Zunahme in Gramm und $d$ beschreibt das Geburtsgewicht von Stanislaus |
| − | # $y=260\cdot 10+3120=5720$. Stanislaus wiegt nach 10 Wochen 5720 g. | + | # $y=260\cdot 10+3120=5720$. Stanislaus wiegt nach $10$ Wochen $5720 g$. |
| − | # Löse die Gleichung: $6200=260x+3120$. Lösung: x=11,84. Also erreicht Stanislaus in der 12. Woche nach der Geburt ein Gewicht von 6,2 kg. | + | # Löse die Gleichung: $6200=260x+3120$. Lösung: $x=11,84$. Also erreicht Stanislaus in der $12.$ Woche nach der Geburt ein Gewicht von $6,2 kg$. |
}} | }} | ||
| − | === | + | ===Übungsaufgaben=== |
* [https://www1.vobs.at/maturawiki/images/9/9b/Aufgabe_-_lineares_Wachstum_-_Angabe.pdf Aufgabe Regentonne] | * [https://www1.vobs.at/maturawiki/images/9/9b/Aufgabe_-_lineares_Wachstum_-_Angabe.pdf Aufgabe Regentonne] | ||
| Zeile 111: | Zeile 111: | ||
| $$N(t)=N_0\cdot e^{\lambda \cdot t}$$ | | $$N(t)=N_0\cdot e^{\lambda \cdot t}$$ | ||
|- | |- | ||
| − | | $a>1 ...$ ist der Wachstumsfaktor und gibt an, mit welchem Faktor sich die Population pro Zeiteinheit verändert. Da die Population wächst, muss $a>1$ sein (siehe [[Exponentialfunktionen(3.5.) | Exponentialfunktionen]]) | + | | $a>1 ...$ ist der Wachstumsfaktor und gibt an, mit welchem Faktor sich die Population pro Zeiteinheit verändert. Da die Population wächst, muss $a>1$ sein (siehe [[Exponentialfunktionen(3.5.) | Exponentialfunktionen]]). |
Beispiel: | Beispiel: | ||
| Zeile 117: | Zeile 117: | ||
| $a=1.26$ | | $a=1.26$ | ||
|$\rightarrow $ | |$\rightarrow $ | ||
| − | | die Population wächst um den Faktor 1.26 | + | | die Population wächst um den Faktor $1.26$ |
| $\rightarrow $ | | $\rightarrow $ | ||
| − | | die Population wächst pro Zeiteinheit um $26 | + | | die Population wächst pro Zeiteinheit um $26 \%$ |
|} | |} | ||
| $\lambda>0 ...$ ist die Wachstumsrate. | | $\lambda>0 ...$ ist die Wachstumsrate. | ||
| Zeile 130: | Zeile 130: | ||
=== Verdoppelungszeit === | === Verdoppelungszeit === | ||
| − | Eine besondere Eigenschaft des exponentiellen Wachstums ist, dass die Zeit für eine Verdoppelung der Anfangsgröße immer gleich groß ist (mit einer kleinen Überlegung findest du leicht heraus, dass dies schon aus der Definition des | + | Eine besondere Eigenschaft des exponentiellen Wachstums ist, dass die Zeit für eine Verdoppelung der Anfangsgröße immer gleich groß ist (mit einer kleinen Überlegung findest du leicht heraus, dass dies schon aus der Definition des exponentiellen Wachstums folgt). |
Aus diesem Grund definiert man die: | Aus diesem Grund definiert man die: | ||
| Zeile 138: | Zeile 138: | ||
| Die Verdoppelungszeit $\tau$ ist die Zeit, in der sich eine Größe verdoppelt hat. Insbesondere gilt: $$N(\tau)=2\cdot N_0$$ | | Die Verdoppelungszeit $\tau$ ist die Zeit, in der sich eine Größe verdoppelt hat. Insbesondere gilt: $$N(\tau)=2\cdot N_0$$ | ||
| − | $$\textrm{(in Worten: „die Anzahl nach $\tau$ (="tau") Zeiteinheiten ist das Doppelte des Anfangswertes }N_0$$ | + | $$\textrm{(in Worten: „die Anzahl nach $\tau$ ($=$"tau") Zeiteinheiten ist das Doppelte des Anfangswertes }N_0$$ |
|} | |} | ||
| Zeile 150: | Zeile 150: | ||
<div class="mw-collapsible-content"> | <div class="mw-collapsible-content"> | ||
[[Datei:1 bsp zu wachstum.png|thumb|right|300px|Graph der Wachstumsfunktion $N(t)=350\cdot 1.065^t$]] | [[Datei:1 bsp zu wachstum.png|thumb|right|300px|Graph der Wachstumsfunktion $N(t)=350\cdot 1.065^t$]] | ||
| − | Ein Kapital auf einem Sparbuch wächst jährlich um 6.5 % p.a. (d.h. 6.5 %-ige Verzinsung pro Jahr). | + | Ein Kapital auf einem Sparbuch wächst jährlich um $6.5 \%$ p. a. (d. h. $6.5 \%$-ige Verzinsung pro Jahr). |
| − | * a) Bestimmen Sie die Funktionsgleichung, wenn zu Beginn | + | * a) Bestimmen Sie die Funktionsgleichung, wenn zu Beginn $100€$ auf dem Sparbuch liegen. |
| − | * b) Ermitteln Sie die Verdoppelungszeit, d.h. berechnen Sie, wann sich das Anfangskapital verdoppelt hat. | + | * b) Ermitteln Sie die Verdoppelungszeit, d. h. berechnen Sie, wann sich das Anfangskapital verdoppelt hat. |
| − | * c) Die folgende Graphik gibt die Entwicklung für ein Anfangskapital von | + | * c) Die folgende Graphik gibt die Entwicklung für ein Anfangskapital von $350€$ an. Lesen Sie aus dem Graphen die Verdoppelungszeit ab. |
: Begründen Sie zusätzlich, warum die Verdoppelungszeit gleich groß wie in Aufgabe b) ist. | : Begründen Sie zusätzlich, warum die Verdoppelungszeit gleich groß wie in Aufgabe b) ist. | ||
| Zeile 184: | Zeile 184: | ||
c) | c) | ||
| − | Wie anhand des Graphen zu sehen ist, beträgt die Verdoppelungszeit 11 | + | Wie anhand des Graphen zu sehen ist, beträgt die Verdoppelungszeit $11.01$ Jahre, da sich hier das Anfangskapital von $350€$ auf $700€$ verdoppelt hat. |
Die Verdoppelungszeit hängt nicht vom Startwert $N_0$, sondern nur vom Wachstumsfaktor $a$ ab. Aus diesem Grund sind die Verdoppelungszeiten in b) und c) ident. | Die Verdoppelungszeit hängt nicht vom Startwert $N_0$, sondern nur vom Wachstumsfaktor $a$ ab. Aus diesem Grund sind die Verdoppelungszeiten in b) und c) ident. | ||
| Zeile 208: | Zeile 208: | ||
| − | Die Größe einer Bakterienpopulation nach t Stunden kann mithilfe der Funktion $N(t)=N_0\cdot 1.14^t$ angegeben werden. | + | Die Größe einer Bakterienpopulation nach $t$ Stunden kann mithilfe der Funktion $N(t)=N_0\cdot 1.14^t$ angegeben werden. |
* a) Bestimmen Sie, um wie viel Prozent sich die Population pro Stunde vergrößert. | * a) Bestimmen Sie, um wie viel Prozent sich die Population pro Stunde vergrößert. | ||
* b) Berechnen Sie die Verdoppelungszeit. | * b) Berechnen Sie die Verdoppelungszeit. | ||
| Zeile 220: | Zeile 220: | ||
<div class="mw-collapsible-content"> | <div class="mw-collapsible-content"> | ||
| − | a) $a=1.14\ \ \rightarrow\ \ 14 | + | a) $a=1.14\ \ \rightarrow\ \ 14 \%$ Wachstum pro Stunde. |
b) | b) | ||
| − | Nach der Verdoppelungszeit ist $N(t)=2\cdot N_0$ (d.h. der Anfangswert hat sich verdoppelt). Setzen wir dies für $N(t)$ in die Funktionsgleichung, so erhalten wir: | + | Nach der Verdoppelungszeit ist $N(t)=2\cdot N_0$ (d. h. der Anfangswert hat sich verdoppelt). Setzen wir dies für $N(t)$ in die Funktionsgleichung, so erhalten wir: |
$$ N(t)=N_0\cdot 1.14^t$$ | $$ N(t)=N_0\cdot 1.14^t$$ | ||
$$ 2\cdot N_0=N_0\cdot 1.14^t \ \ \ |:N_0$$ | $$ 2\cdot N_0=N_0\cdot 1.14^t \ \ \ |:N_0$$ | ||
$$ 2=1.14^t \ \ \ |\log ( \ )$$ | $$ 2=1.14^t \ \ \ |\log ( \ )$$ | ||
| − | Wichtig | + | Wichtig: In der oberen Zeile hat sich das $N_0$ weggekürzt! Damit sehen wir, dass die '''Verdoppelungszeit unabhängig vom Startwert $N_0$''' ist. Dies kam auch schon im 1. Musterbeispiel vor. |
$$ \log 2=t\cdot \log 1.14 $$ | $$ \log 2=t\cdot \log 1.14 $$ | ||
$$\frac{\log 2}{\log 1.14}=t$$ | $$\frac{\log 2}{\log 1.14}=t$$ | ||
$$\underline{\underline{t=5.29}}$$ | $$\underline{\underline{t=5.29}}$$ | ||
| − | A: Die Verdoppelungszeit beträgt 5.29 Stunden. | + | A: Die Verdoppelungszeit beträgt $5.29$ Stunden. |
| Zeile 250: | Zeile 250: | ||
<div class="mw-collapsible-content"> | <div class="mw-collapsible-content"> | ||
| − | Die Verdoppelungszeit eines exponentiellen Wachstumsprozesses der Form $N(t)=N_0\cdot a^t$ beträgt 17 Tage (t gibt die Tage an). | + | Die Verdoppelungszeit eines exponentiellen Wachstumsprozesses der Form $N(t)=N_0\cdot a^t$ beträgt $17$ Tage ($t$ gibt die Tage an). |
* a) Berechnen Sie den Wachstumsfaktor $a$. | * a) Berechnen Sie den Wachstumsfaktor $a$. | ||
| − | * b) Bestimmen Sie die Zeit, wie lange es dauert, bis das 8- | + | * b) Bestimmen Sie die Zeit, wie lange es dauert, bis das $8$-Fache des Anfangswertes vorhanden ist. |
<div class="toccolours mw-collapsible mw-collapsed" style="width:900px"> | <div class="toccolours mw-collapsible mw-collapsed" style="width:900px"> | ||
| Zeile 267: | Zeile 267: | ||
$$\sqrt[17]{2}=a$$ | $$\sqrt[17]{2}=a$$ | ||
$$\underline{\underline{a=1.0416}}$$ | $$\underline{\underline{a=1.0416}}$$ | ||
| − | A: Der Wachstumsfaktor $a$ beträgt 1.0416, womit pro Tag 4.16 % dazu kommen. | + | A: Der Wachstumsfaktor $a$ beträgt $1.0416$, womit pro Tag $4.16 \%$ dazu kommen. |
| − | b) Aus der Angabe wissen wir, dass es nach 17 Tagen zu einer Verdoppelung gekommen ist. | + | b) Aus der Angabe wissen wir, dass es nach $17$ Tagen zu einer Verdoppelung gekommen ist. |
| − | Da sich das | + | Da sich das exponentielle Wachstum in gleichen Zeitabständen um denselben Faktor vermehrt, gilt: |
* nach $2\cdot 17=34$ Tagen kommt es zu einer Vervierfachung ($2\cdot 2=4$). | * nach $2\cdot 17=34$ Tagen kommt es zu einer Vervierfachung ($2\cdot 2=4$). | ||
* Nach $3\cdot 17=51$ Tagen kommt es zu einer Verachtfachung. ($2\cdot 2 \cdot 2=8$) | * Nach $3\cdot 17=51$ Tagen kommt es zu einer Verachtfachung. ($2\cdot 2 \cdot 2=8$) | ||
| − | Somit dauert es 51 | + | Somit dauert es $51$ Tage. |
Schau dir dazu auch den Graphen bei der unteren Bemerkung an! | Schau dir dazu auch den Graphen bei der unteren Bemerkung an! | ||
| Zeile 308: | Zeile 308: | ||
{| align="right" | {| align="right" | ||
| − | | <div class="testbutton-blue"> {{#switchtablink: Unterschied: Lin vs. Exp |$\rightarrow$ nächste Seite ...}} </div> | + | | <div class="testbutton-blue"> {{#switchtablink: Unterschied: Lin. vs. Exp. |$\rightarrow$ nächste Seite ...}} </div> |
|} | |} | ||
| Zeile 316: | Zeile 316: | ||
<br> | <br> | ||
| − | = Unterschied: Lin vs. Exp = | + | = Unterschied: Lin. vs. Exp. = |
=== Unterschied: Lineares und Exponentielles Wachstum === | === Unterschied: Lineares und Exponentielles Wachstum === | ||
| Zeile 325: | Zeile 325: | ||
{| border="1" align="center" | {| border="1" align="center" | ||
|- | |- | ||
| − | !| | + | !| Lineares Wachstum |
| − | !| | + | !| Exponentielles Wachstum |
|- | |- | ||
|Addition um eine konstante Zahl | |Addition um eine konstante Zahl | ||
| Zeile 337: | Zeile 337: | ||
| Graph ist eine exponentielle Kurve | | Graph ist eine exponentielle Kurve | ||
|- | |- | ||
| − | | wächst immer um dieselbe konstante Zahl k | + | | wächst immer um dieselbe konstante Zahl $k$ |
| wächst immer schneller | | wächst immer schneller | ||
|- | |- | ||
| Zeile 351: | Zeile 351: | ||
<div class="mw-collapsible-content"> | <div class="mw-collapsible-content"> | ||
| − | Ordne dem passenden Wachstum zu und bestimme k bzw. a: | + | Ordne dem passenden Wachstum zu und bestimme $k$ bzw. $a$: |
| − | # Der Umfang eines Baumes nimmt jährlich um 5 % zu: | + | # Der Umfang eines Baumes nimmt jährlich um $5 \%$ zu: |
| − | # Der Meeresspiegel steigt jährlich um 4 cm: | + | # Der Meeresspiegel steigt jährlich um $4 cm$: |
| − | # Die Bevölkerung wächst jährlich um den Faktor 1.2: | + | # Die Bevölkerung wächst jährlich um den Faktor $1.2$: |
| − | # Der Stamm eines Baumes wird pro Jahr um 1 cm dicker: | + | # Der Stamm eines Baumes wird pro Jahr um $1 cm$ dicker: |
| − | # Ein Kapital wird jährlich mit 3 % p.a. verzinst. | + | # Ein Kapital wird jährlich mit $3 \%$ p. a. verzinst. |
| − | # Der Umsatz eines Betriebes sinkt jährlich um 12 % | + | # Der Umsatz eines Betriebes sinkt jährlich um $12 \%$. |
<div class="toccolours mw-collapsible mw-collapsed" style="width:800px"> | <div class="toccolours mw-collapsible mw-collapsed" style="width:800px"> | ||
| Zeile 364: | Zeile 364: | ||
<div class="mw-collapsible-content"> | <div class="mw-collapsible-content"> | ||
| − | # Der Umfang eines Baumes nimmt jährlich um 5 % zu: <span style="color:red"> exponentiell mit $a=1.05$ </span> | + | # Der Umfang eines Baumes nimmt jährlich um $5 \%$ zu: <span style="color:red"> exponentiell mit $a=1.05$ </span> |
| − | # Der Meeresspiegel steigt jährlich um 4 cm: <span style="color:red"> linear mit $k=4 | + | # Der Meeresspiegel steigt jährlich um $4 cm$: <span style="color:red"> linear mit $k=4 cm$ </span> |
| − | # Die Bevölkerung wächst jährlich um den Faktor 1.2: <span style="color:red"> exponentiell mit $a=1.2$ </span> | + | # Die Bevölkerung wächst jährlich um den Faktor $1.2$: <span style="color:red"> exponentiell mit $a=1.2$ </span> |
| − | # Der Stamm eines Baumes wird pro Jahr um 1 cm dicker: <span style="color:red"> linear mit $k=1 | + | # Der Stamm eines Baumes wird pro Jahr um $1 cm$ dicker: <span style="color:red"> linear mit $k=1 cm$ </span> |
| − | # Ein Kapital wird jährlich mit 3 % p.a. verzinst. <span style="color:red"> exponentiell mit $a=1.03$ </span> | + | # Ein Kapital wird jährlich mit $3 \%$ p. a. verzinst. <span style="color:red"> exponentiell mit $a=1.03$ </span> |
| − | # Der Umsatz eines Betriebes sinkt jährlich um 12 %: <span style="color:red"> exponentiell mit $a=0.88 \rightarrow$ siehe exponentielle Abnahme </span> | + | # Der Umsatz eines Betriebes sinkt jährlich um $12 \%$: <span style="color:red"> exponentiell mit $a=0.88 \rightarrow$ siehe exponentielle Abnahme </span> |
</div> | </div> | ||
| Zeile 407: | Zeile 407: | ||
| $a=0.64$ | | $a=0.64$ | ||
|$\rightarrow $ | |$\rightarrow $ | ||
| − | | die Population verringert sich um den Faktor 0.64 | + | | die Population verringert sich um den Faktor $0.64$ |
| $\rightarrow $ | | $\rightarrow $ | ||
| − | | die Population verringert sich pro Zeiteinheit um $1-0.64=36 | + | | die Population verringert sich pro Zeiteinheit um $1-0.64=0.36=36 \%$ |
|} | |} | ||
| − | | $-\lambda<0 ...$ ist die Abnahmerate | + | | $-\lambda<0 ...$ ist die Abnahmerate |
Es gilt: $a=e^{-\lambda} $ | Es gilt: $a=e^{-\lambda} $ | ||
|} | |} | ||
| Zeile 437: | Zeile 437: | ||
<div class="mw-collapsible-content"> | <div class="mw-collapsible-content"> | ||
| − | Von einer bestimmten Menge eines radioaktiven Elements zerfallen stündlich 4 %. | + | Von einer bestimmten Menge eines radioaktiven Elements zerfallen stündlich $4 \%$. |
* a) Stellen Sie das Zerfallsgesetz in der Form $N(t)=N_0\cdot a^t$ auf. | * a) Stellen Sie das Zerfallsgesetz in der Form $N(t)=N_0\cdot a^t$ auf. | ||
* b) Bestimmen Sie die Halbwertszeit. | * b) Bestimmen Sie die Halbwertszeit. | ||
* c) Bestimmen Sie zusätzlich noch das Zerfallsgesetz in der Form $N(t)=N_0\cdot e^{-\lambda \cdot t}$ | * c) Bestimmen Sie zusätzlich noch das Zerfallsgesetz in der Form $N(t)=N_0\cdot e^{-\lambda \cdot t}$ | ||
| − | * d) Nach wie vielen Stunden ist nur noch 1 % der Anfangsmenge vorhanden? | + | * d) Nach wie vielen Stunden ist nur noch $1 \%$ der Anfangsmenge vorhanden? |
| Zeile 453: | Zeile 453: | ||
b) | b) | ||
| − | Bei der Halbwertszeit gilt, dass $N(t)=\frac{N_0}{2}$ ist. Setzt man dies in das Zerfallsgesetz ein | + | Bei der Halbwertszeit gilt, dass $N(t)=\frac{N_0}{2}$ ist. Setzt man dies in das Zerfallsgesetz ein, erhält man: |
$$ N(t)=N_0\cdot 0.96^t$$ | $$ N(t)=N_0\cdot 0.96^t$$ | ||
$$ \frac{N_0}{2}=N_0\cdot 0.96^t \ \ \ |:N_0$$ | $$ \frac{N_0}{2}=N_0\cdot 0.96^t \ \ \ |:N_0$$ | ||
| Zeile 461: | Zeile 461: | ||
$$\underline{\underline{t=16.98}}$$ | $$\underline{\underline{t=16.98}}$$ | ||
| − | A: Die | + | A: Die Halbwertszeit beträgt ca. $17$ Stunden. |
| Zeile 470: | Zeile 470: | ||
$$ \underline{\underline{0.041=\lambda}}$$ | $$ \underline{\underline{0.041=\lambda}}$$ | ||
| − | Somit lautet das | + | Somit lautet das Zerfallsgesetz in der $e^{-\lambda}$-Form: |
$$N(t)=N_0\cdot e^{-0.041\cdot t}$$ | $$N(t)=N_0\cdot e^{-0.041\cdot t}$$ | ||
d) | d) | ||
| − | Gefragt ist, wann $$N(t)=1 \textrm{% von }N_0$$ ist. Formulieren wir dies noch " | + | Gefragt ist, wann $$N(t)=1 \textrm{% von }N_0$$ ist. Formulieren wir dies noch "mathematischer", so erhalten wir: $$N(t)=0.01\cdot N_0$$ |
| − | + | Setzen wir dies in das Zerfallsgesetz aus a) oder c) ein (es ist hier völlig egal, welche Formel man nimmt), so erhält man: | |
$$N(t)=N_0\cdot e^{-0.041\cdot t}$$ | $$N(t)=N_0\cdot e^{-0.041\cdot t}$$ | ||
$$0.01\cdot N_0=N_0\cdot e^{-0.041\cdot t}$$ | $$0.01\cdot N_0=N_0\cdot e^{-0.041\cdot t}$$ | ||
| Zeile 484: | Zeile 484: | ||
$$\underline{\underline{t=112.32}}$$ | $$\underline{\underline{t=112.32}}$$ | ||
| − | A: Erst nach etwas mehr als 112 | + | A: Erst nach etwas mehr als $112$ Stunden sind $99 \%$ der Anfangsmenge zerfallen. |
| Zeile 504: | Zeile 504: | ||
| − | * Die Halbwertszeit ist unabhängig vom Anfangswert $N_0$ | + | * Die Halbwertszeit ist unabhängig vom Anfangswert $N_0$. |
| | | | ||
|[[Datei:Halbierungszeit1.png|thumb|right|600px| Wartet man die Halbwertszeit $\tau$ ab, so halbiert sich der Anfangswert, unabhängig davon wie groß dieser ist.]] | |[[Datei:Halbierungszeit1.png|thumb|right|600px| Wartet man die Halbwertszeit $\tau$ ab, so halbiert sich der Anfangswert, unabhängig davon wie groß dieser ist.]] | ||
| Zeile 533: | Zeile 533: | ||
|} | |} | ||
= Matura-Aufgaben = | = Matura-Aufgaben = | ||
| − | == | + | == Vermischte Beispiele == |
* [https://www1.vobs.at/maturawiki/images/9/9b/Aufgaben_zu_den_verschiedenen_Wachstumsmodellen_%28exp-log-beschr%29.pdf Aufgaben zu den verschiedenen Wachstumsmodellen] (Lösungen enthalten) | * [https://www1.vobs.at/maturawiki/images/9/9b/Aufgaben_zu_den_verschiedenen_Wachstumsmodellen_%28exp-log-beschr%29.pdf Aufgaben zu den verschiedenen Wachstumsmodellen] (Lösungen enthalten) | ||
| Zeile 549: | Zeile 549: | ||
* [[Bifie-grün: Aufgaben des Bifie | <span style="background-color:#7CFC00"> $Bifie$ </span>]]: [http://aufgabenpool.srdp.at/bhs/download.php?qid=178&file=Alkoholspiegel.pdf Alkoholspiegel] (leicht-leicht-mittel-mittel) | * [[Bifie-grün: Aufgaben des Bifie | <span style="background-color:#7CFC00"> $Bifie$ </span>]]: [http://aufgabenpool.srdp.at/bhs/download.php?qid=178&file=Alkoholspiegel.pdf Alkoholspiegel] (leicht-leicht-mittel-mittel) | ||
| − | * [[Bifie-grün: Aufgaben des Bifie | <span style="background-color:#7CFC00"> $Bifie$ </span>]]: [http://aufgabenpool.srdp.at/bhs/download.php?qid=203&file=Wirksame_Substanz_eines_Medikamentes.pdf Wirkame | + | * [[Bifie-grün: Aufgaben des Bifie | <span style="background-color:#7CFC00"> $Bifie$ </span>]]: [http://aufgabenpool.srdp.at/bhs/download.php?qid=203&file=Wirksame_Substanz_eines_Medikamentes.pdf Wirkame Substanz eines Medikamentes] (bifie-Aufgabe: mittel) |
| − | * [[Bifie-grün: Aufgaben des Bifie | <span style="background-color:#7CFC00"> $Bifie$ </span>]]: [https://aufgabenpool.srdp.at/bhs/download.php?qid=218&file=Tauchen_(1).pdf | + | * [[Bifie-grün: Aufgaben des Bifie | <span style="background-color:#7CFC00"> $Bifie$ </span>]]: [https://aufgabenpool.srdp.at/bhs/download.php?qid=218&file=Tauchen_(1).pdf Tauchen] (bifie-Aufgabe) |
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