Benutzer:Buss-Haskert/Exponentialfunktion/exponentielles Wachstum: Unterschied zwischen den Versionen
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{{Fortsetzung|vorher=zurück zur Seite der Herta-Lebenstein-Realschule|vorherlink=Herta-Lebenstein-Realschule}} | [[Datei:Schullogo HLR.jpg|rechts|rahmenlos|80x80px]]{{Fortsetzung|vorher=zurück zur Seite der Herta-Lebenstein-Realschule|vorherlink=Herta-Lebenstein-Realschule}} | ||
{{Navigation|[[Benutzer:Buss-Haskert/Exponentialfunktion|Vorwissen]]<br>[[Benutzer:Buss-Haskert/Exponentialfunktion/Wachstum| 1) Lineares und exponentielles Wachstum (Einstieg)]]<br>[[Benutzer:Buss-Haskert/Exponentialfunktion/Wachstum|2) Wachstumsrate und Wachstumsfaktor ]]<br>[[Benutzer:Buss-Haskert/Exponentialfunktion/exponentielles Wachstum|3) Exponentielles Wachstum]]<br>[[Benutzer:Buss-Haskert/Exponentialfunktion/Exponentialfunktion|4) Die Exponentialfunktion]]}} | {{Navigation|[[Benutzer:Buss-Haskert/Exponentialfunktion|Vorwissen]]<br>[[Benutzer:Buss-Haskert/Exponentialfunktion/Wachstum| 1) Lineares und exponentielles Wachstum (Einstieg)]]<br>[[Benutzer:Buss-Haskert/Exponentialfunktion/Wachstum|2) Wachstumsrate und Wachstumsfaktor ]]<br>[[Benutzer:Buss-Haskert/Exponentialfunktion/exponentielles Wachstum|3) Exponentielles Wachstum]]<br>[[Benutzer:Buss-Haskert/Exponentialfunktion/Exponentialfunktion|4) Die Exponentialfunktion]]}} | ||
<br> | <br> | ||
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|3=Arbeitsmethode}} | |3=Arbeitsmethode}} | ||
{{Lösung versteckt|[[Datei:Weltbevölkerung | {{Lösung versteckt|[[Datei:Weltbevölkerung Wertetabelle neu.png|rahmenlos|600x600px]]|Tipp zur Wertetabelle|Verbergen}} | ||
{{Lösung versteckt|1=Prognose für das Jahr 2030: n = 11<br> | {{Lösung versteckt|1=Prognose für das Jahr 2030: n = 11<br> | ||
W<sub>11</sub> = W<sub>0</sub> ∙ q<sup>11</sup><br> | W<sub>11</sub> = W<sub>0</sub> ∙ q<sup>11</sup><br> | ||
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Die neue Größe nach n Zeitspannen berechnen wir mit<br> | Die neue Größe nach n Zeitspannen berechnen wir mit<br> | ||
'''<big>W<sub>n</sub> = W<sub>0</sub> · q<sup>n</sup></big>''', <br> | '''<big>W<sub>n</sub> = W<sub>0</sub> · q<sup>n</sup></big>''', <br> | ||
wobei q der Wachstumsfaktor ist. q = 1+p% | wobei q der Wachstumsfaktor ist. <br> | ||
<div class="grid"> | |||
<div class="width-1-2">Zunahme: q = 1 + p%, also q > 1</div> | |||
<div class="width-1-2">Abnahme: q = 1 - p%, also q < 1</div> | |||
</div> | |||
|3=Arbeitsmethode}} | |3=Arbeitsmethode}} | ||
<br> | <br> | ||
Die Gleichung W<sub>n</sub> = W<sub>0</sub> · q<sup>n</sup> heißt <u>Exponentialgleichung</u>, da die Variable n im Exponenten steht. | Die Gleichung W<sub>n</sub> = W<sub>0</sub> · q<sup>n</sup> heißt <u>Exponentialgleichung</u>, da die Variable n im Exponenten steht. | ||
{{Lösung versteckt|1=Erinnerung vermehrter/verminderter Grundwert in der Prozentrechnung:<br> | |||
vermehrter Grundert: G<sup>+</sup> = G · p<sup>+</sup>% (mit p<sup>+</sup>% = 1+p% = q)<br> | |||
verminderter Grundwert: G<sup>-</sup> = G · p<sup>-</sup>% (mit p<sup>-</sup>% = 1-p% = q)<br>|2=Zusammenhang Prozentrechnung|3=Verbergen}} | |||
<ggb_applet id="jtgzqdtf" width="1138" height="787" border="888888" /> | |||
Applet von C. Buß-Haskert Originallink https://www.geogebra.org/m/jtgzqdtf | |||
{{LearningApp|app=17257009|width=100%|heigth=600px}} | {{LearningApp|app=17257009|width=100%|heigth=600px}} | ||
{{LearningApp|app=p62i35bq221|width=100%|heigth=600px}} | {{LearningApp|app=p62i35bq221|width=100%|heigth=600px}} | ||
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==3.1 Exponentielles Wachstum: Beispiele und Anwendungen== | ==3.1 Exponentielles Wachstum: Beispiele und Anwendungen== | ||
===3.1.1 W<sub>n</sub> gesucht=== | |||
{{Box|Anwendungsaufgabe 1: Bevölkerungswachstum (W<sub>n</sub> gesucht)|Die Bevölkerung in Indien beträgt zur Zeit 1,38 Milliarden Einwohner (2020). Die jährliche Zunahme beträgt derzeit 0,8%. <br> | {{Box|Anwendungsaufgabe 1: Bevölkerungswachstum (W<sub>n</sub> gesucht)|Die Bevölkerung in Indien beträgt zur Zeit 1,38 Milliarden Einwohner (2020). Die jährliche Zunahme beträgt derzeit 0,8%. <br> | ||
Wie viele Einwohner hat Indien im Jahr 2025?|Üben}} | Wie viele Einwohner hat Indien im Jahr 2025?|Üben}} | ||
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<br> | <br> | ||
{{Box|Exponentialgleichung - Formel umstellen|[[Datei:Umstellen der Exponentialgleichung.png|rahmenlos|600x600px]]|Arbeitsmethode}} | {{Box|Exponentialgleichung - Formel umstellen|[[Datei:Umstellen der Exponentialgleichung.png|rahmenlos|600x600px]]|Arbeitsmethode}} | ||
{{Lösung versteckt|1=Du kannst die Formel auch nach n umstellen. Die Lösung erfolgt durch Logarithmieren. Eine Erklärung hierzu, findest du unten auf der Seite.|2=Hinweis zur Berechnung von n (Logarithmieren)|3=Verbergen}} | |||
===3.1.2 W<sub>0</sub> gesucht=== | |||
{{Box|Anwendungsaufgabe 2: Klimawandel (W<sub>0</sub> gesucht)|[[Datei:Iceberg-g3d68c08ff 1920.jpg|rechts|rahmenlos|100x100px]]Im Jahr 2021 ist die Fläche der Arktis mit 4,7 Mio km² deutlich kleiner als noch vor rund 30 Jahren. Die Abnahme beträgt mit leichten Schwankungen jährlich ca. 1,7%.<br> | {{Box|Anwendungsaufgabe 2: Klimawandel (W<sub>0</sub> gesucht)|[[Datei:Iceberg-g3d68c08ff 1920.jpg|rechts|rahmenlos|100x100px]]Im Jahr 2021 ist die Fläche der Arktis mit 4,7 Mio km² deutlich kleiner als noch vor rund 30 Jahren. Die Abnahme beträgt mit leichten Schwankungen jährlich ca. 1,7%.<br> | ||
Wie groß war die Fläche vor 30 Jahren?|Üben}} | Wie groß war die Fläche vor 30 Jahren?|Üben}} | ||
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* 25|Üben}} | * 25|Üben}} | ||
===3.1.3 q bzw. p% gesucht=== | |||
{{Box|Anwendungsaufgabe 3: Mietpreissteigerung (q und p% gesucht)|[[Datei:House-g7ece683db 1280.png|rechts|rahmenlos|100x100px]]Die Miete für eine Wohnung stieg innerhalb von 5 Jahren von 600€ auf 730€.<br> | {{Box|Anwendungsaufgabe 3: Mietpreissteigerung (q und p% gesucht)|[[Datei:House-g7ece683db 1280.png|rechts|rahmenlos|100x100px]]Die Miete für eine Wohnung stieg innerhalb von 5 Jahren von 600€ auf 730€.<br> | ||
Um wie viel Prozent ist die Miete durchschnittlich pro Jahr gestiegen? |Üben}} | Um wie viel Prozent ist die Miete durchschnittlich pro Jahr gestiegen? |Üben}} | ||
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W<sub>n</sub> = W<sub>0</sub> · q<sup>n</sup> | : W<sub>0</sub><br> | W<sub>n</sub> = W<sub>0</sub> · q<sup>n</sup> | : W<sub>0</sub><br> | ||
<math>\tfrac{W_n}{W_0}</math> = q<sup>n</sup> | <math>\sqrt[n]{}</math><br> | <math>\tfrac{W_n}{W_0}</math> = q<sup>n</sup> | <math>\sqrt[n]{}</math><br> | ||
<math>\sqrt[n]{\tfrac{W_n}{W_0}}</math | <math>\sqrt[n]{\tfrac{W_n}{W_0}}</math> = q<br> | ||
<math>\sqrt[5]{\tfrac{730}{600}}= q</math><br> | <math>\sqrt[5]{\tfrac{730}{600}}= q</math><br> | ||
1,04 ≈ q<br> | 1,04 ≈ q<br> | ||
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* 30|Üben}} | * 30|Üben}} | ||
<br> | <br> | ||
{{Box|Anwendungsaufgabe 4: Temperaturabnahme (n gesucht)|[[Datei:Tea-pot-gc1ced1e73 1280.png|rechts|rahmenlos|100x100px]]Eine Tasse Tee wird mit kochendem Wasser (100°C) aufgegossen. Die Temperatur sinkt jede Minute um 5%. Es wird empfohlen, Getränke nicht heißer als | ===3.1.4 n gesucht=== | ||
{{Box|Anwendungsaufgabe 4: Temperaturabnahme (n gesucht)|[[Datei:Tea-pot-gc1ced1e73 1280.png|rechts|rahmenlos|100x100px]]Eine Tasse Tee wird mit kochendem Wasser (100°C) aufgegossen. Die Temperatur sinkt jede Minute um 5%. Es wird empfohlen, Getränke nicht heißer als 65°C zu trinken. <br> | |||
Nach wie vielen Minuten ist der Tee kalt genug? |Üben}} | Nach wie vielen Minuten ist der Tee kalt genug? |Üben}} | ||
{{Lösung versteckt|1=geg: W<sub>0</sub> = | {{Lösung versteckt|1=geg: W<sub>0</sub> = 100°C; W<sub>n</sub> = 65°C ; p% = -5% = -0,05, also q = 1-0,05 = 0,95 <br> | ||
ges: n<br> | ges: n<br> | ||
<br> | <br> | ||
Zeile 117: | Zeile 134: | ||
Nach ca. 9 Minuten ist der Tee auf unter 65°C abgekühlt. | Nach ca. 9 Minuten ist der Tee auf unter 65°C abgekühlt. | ||
|2=Musterlösung|3=Verbergen}} | |2=Musterlösung|3=Verbergen}} | ||
{{Lösung versteckt|1=Du kannst die Lösung auch durch Logarithmieren lösen:<br> | |||
W<sub>n</sub> = W<sub>0</sub> · q<sup>n</sup> <br> | |||
65 = 100 · 0,95<sup>n</sup> |:100<br> | |||
0,65 = 0,95<sup>n</sup> |log<br> | |||
log<sub>0,95</sub>0,65 = n<br> | |||
8,4 ≈ n<br> | |||
Also ist der Tee nach ca. 9 Minuten auf unter 65°C abgekühlt.|2=Lösen mit Logarithmieren|3=Verbergen}} | |||
{{Box|Übung 4: Aufgabenfuchs|Bearbeite auf der Seite [https://mathe.aufgabenfuchs.de/potenz/exp_wachstum.shtml '''Aufgabenfuchs'''] die folgenden Aufgaben. | {{Box|Übung 4: Aufgabenfuchs|Bearbeite auf der Seite [https://mathe.aufgabenfuchs.de/potenz/exp_wachstum.shtml '''Aufgabenfuchs'''] die folgenden Aufgaben. | ||
Zeile 125: | Zeile 149: | ||
* 41|Üben}} | * 41|Üben}} | ||
<br> | <br> | ||
{{Box|Übung | {{Box|Übung 5|Löse die Aufgaben aus dem Buch. Achte auf eine vollständige und übersichtliche Darstellung. | ||
* S. 73 Nr. 1 | * S. 73 Nr. 1 | ||
* S. 73 Nr. 2 | * S. 73 Nr. 2 | ||
Zeile 174: | Zeile 198: | ||
<br> | <br> | ||
{{Box|Übung | {{Box|Übung 6: Aufgabenfuchs|Bearbeite auf der Seite [https://mathe.aufgabenfuchs.de/potenz/exp_wachstum.shtml '''Aufgabenfuchs'''] die vermischten Aufgaben. | ||
* 31 | * 31 | ||
* 32 | * 32 | ||
Zeile 182: | Zeile 206: | ||
* 36|Üben}} | * 36|Üben}} | ||
<br> | <br> | ||
{{Box|Übung | {{Box|Übung 7: ANTON-APP|Bearbeite die Übungen zum exponentiellen Wachstum in der [https://anton.app/de/ ANTON-App].|Üben}} | ||
<br> | <br> | ||
==3.2 Anwendung des exponentiellen Wachstums: Zinseszinsrechnung== | |||
{{Box|1=Zinseszins|2=Zinseszins bedeutet, dass ein Startkapital Zinsen erwirtschaftet und diese Zinsen werden dem Vermögen am Jahresende gutgeschrieben. So werden in Zukunft diese Zinsen ebenfalls verzinst.<br> | {{Box|1=Zinseszins|2=Zinseszins bedeutet, dass ein Startkapital Zinsen erwirtschaftet und diese Zinsen werden dem Vermögen am Jahresende gutgeschrieben. So werden in Zukunft diese Zinsen ebenfalls verzinst.<br> | ||
Das Kapital nach n Jahren wird mit der Formel <br> | Das Kapital nach n Jahren wird mit der Formel <br> | ||
Zeile 193: | Zeile 217: | ||
<br> | <br> | ||
{{Box|1=Übung | {{Box|1=Übung 8 (online)|2=Löse auf der Seite [https://mathe.aufgabenfuchs.de/zins/zinseszins.shtml '''Aufgabenfuchs'''] die Aufgaben | ||
* 1 (Hier kannst du z.B. das Einstiegsbeispiel einstellen) | * 1 (Hier kannst du z.B. das Einstiegsbeispiel einstellen) | ||
* 2 (Nutze die Zinseszinsformel K<sub>n</sub> = K<sub>0</sub> ∙ q<sup>n</sup>) | * 2 (Nutze die Zinseszinsformel K<sub>n</sub> = K<sub>0</sub> ∙ q<sup>n</sup>) | ||
Zeile 201: | Zeile 225: | ||
{{Box|Übung | {{Box|Übung 9|[[Datei:Business-g97f006239 1280.png|rechts|rahmenlos|200x200px]]a) Ein Kapital von 2000€ wird zu einem Zinssatz von 2% angelegt. Berechne das Kapital nach 4 Jahren.<br> | ||
b) Ein Vermögen von 7500€ wird zu einem Zinssatz von 1,5% angelegt (mit Zinseszins). Berechne das Kapital nach 5 Jahren.|Üben}} | b) Ein Vermögen von 7500€ wird zu einem Zinssatz von 1,5% angelegt (mit Zinseszins). Berechne das Kapital nach 5 Jahren.|Üben}} | ||
{{Lösung versteckt|Vergleiche deine Lösung mit dem Beispiel a) auf S. 73 oben.|Tipp zu a)|Verbergen}} | {{Lösung versteckt|Vergleiche deine Lösung mit dem Beispiel a) auf S. 73 oben.|Tipp zu a)|Verbergen}} | ||
Zeile 220: | Zeile 244: | ||
<math>\tfrac{K_n}{K^0}</math> = q<sup>n</sup> |<math>\sqrt[n]{}</math><br> | <math>\tfrac{K_n}{K^0}</math> = q<sup>n</sup> |<math>\sqrt[n]{}</math><br> | ||
<math>\sqrt[n]{\tfrac{K_n}{K_0}}</math> = q<br> | <math>\sqrt[n]{\tfrac{K_n}{K_0}}</math> = q<br> | ||
Bestimme dann p% mit q = 1+ p%, also q-1 = p%.<br> | Bestimme dann p% mit q = 1+p%, <br>also q-1 = p%.<br> | ||
<br></div> | <br></div> | ||
</div> | </div> | ||
<big>Formel umstellen nach n </big><br>("Nach wie vielen Jahren...?"):<br><br> | <big>Formel umstellen nach n </big><br>("Nach wie vielen Jahren...?"):<br><br> | ||
Löse hier also durch systematisches '''Probieren'''!<br> | Löse hier also durch systematisches '''Probieren'''!<br> | ||
Setze für n verschiedene Zahlen ein und teste, für welchen Wert von n die Gleichung erfüllt wird.<br> | Setze für n verschiedene Zahlen ein und teste, für welchen Wert von n die Gleichung erfüllt wird. | ||
(Das Umstellen der Formel nach n erfordert die Anwendung des Logarithmus. Du darfst auch durch Logarithmieren lösen.) <br> | |||
<br><br>|3=Arbeitsmethode}} | <br><br>|3=Arbeitsmethode}} | ||
Zeile 233: | Zeile 257: | ||
{{#ev:youtube|QnerUmGTvJo|800|center|||start=193&end=420}} | {{#ev:youtube|QnerUmGTvJo|800|center|||start=193&end=420}} | ||
{{Box|Übung | {{Box|Übung 10 (online)|Wähle aus den folgenden Aufgaben '''mindestens zwei''' Aufgaben aus und löse: Aufgaben auf der Seite [https://mathe.aufgabenfuchs.de/zins/zinseszins.shtml '''Aufgabenfuchs'''] | ||
* 5 | * 5 | ||
* 6 | * 6 | ||
Zeile 240: | Zeile 264: | ||
* 9|Üben}} | * 9|Üben}} | ||
{{Box|Übung | {{Box|Übung 11 - Zinseszinsrechnung|Löse die Aufgabe aus dem Buch. Notiere die gegebenen und gesuchten Größen, stelle die Formel für die Zinsrechnung nach der gesuchten Größe um und berechne. | ||
* S. 73 Nr. 3|Üben}} | * S. 73 Nr. 3|Üben}} | ||
Zeile 264: | Zeile 288: | ||
Setze für n die Zahlen 1, 2, 3, ... ein und prüfe, für welchen Wert von n die Gleichung eine wahre Aussage ergibt.|2=Tipp zu Nr. 3e|3=Verbergen}} | Setze für n die Zahlen 1, 2, 3, ... ein und prüfe, für welchen Wert von n die Gleichung eine wahre Aussage ergibt.|2=Tipp zu Nr. 3e|3=Verbergen}} | ||
{{Box|Übung | {{Box|Übung 12 - Anwendungsaufgaben zur Zinseszinsrechnung|Löse die Aufgaben aus dem Buch. Notiere die gegebenen und gesuchten Größen, stelle die Formel für die Zinsrechnung nach der gesuchten Größe um und berechne. | ||
* S. 73 Nr. | * S. 73 Nr. 5a (**) | ||
* S. 75 Nr. 8 (Nutze GeoGeogebra) | |||
* S. 79 Nr. 1 | * S. 79 Nr. 1 | ||
* S. 83 Nr. 10 | * S. 83 Nr. 10 | ||
Zeile 275: | Zeile 300: | ||
geg: K<sub>0</sub> = 1000€; K<sub>n</sub> = 2 ∙ 1000€ = 2000€; p% = 1,8% = 0,0018, q = 1 + 0,018 = 1,018<br> | geg: K<sub>0</sub> = 1000€; K<sub>n</sub> = 2 ∙ 1000€ = 2000€; p% = 1,8% = 0,0018, q = 1 + 0,018 = 1,018<br> | ||
Löse durch Probieren, für welchen Wert die Zinseszinsformel eine wahre Aussage ergibt oder K<sub>n</sub> mehr als 2000€ beträgt.|2=Tipp zu Nr. 5a|3=Verbergen}} | Löse durch Probieren, für welchen Wert die Zinseszinsformel eine wahre Aussage ergibt oder K<sub>n</sub> mehr als 2000€ beträgt.|2=Tipp zu Nr. 5a|3=Verbergen}} | ||
{{Lösung versteckt|1=Stelle die passende Gleichung auf und gib diese bei GeoGebra ein. Löse damit Aufgabenteil c) und d),<br> | |||
(K<sub>n</sub>=7200∙1,018<sup>n</sup><br> | |||
Funktionsgleichung: f(x) = 7200∙1,018<sup>n</sup><br><sup>x</sup>|2=Tipp zu Nr. 8|3=Verbergen}} | |||
{{Lösung versteckt|1=Vergleiche die beiden Angebote:<br> | {{Lösung versteckt|1=Vergleiche die beiden Angebote:<br> | ||
Angebot A: <br> | Angebot A: <br> | ||
Zeile 304: | Zeile 332: | ||
==3.3 Anwendung des exponentiellen Wachstums: Halbwertszeit und Generationszeit (Verdopplungszeit)== | |||
Einstieg: evtl. Bierschaumzerfall (Untersuchtung auf [https://www.leifiphysik.de/kern-teilchenphysik/radioaktivitaet-einfuehrung/versuche/bierschaumzerfall leifiphysik]) | Einstieg: evtl. Bierschaumzerfall (Untersuchtung auf [https://www.leifiphysik.de/kern-teilchenphysik/radioaktivitaet-einfuehrung/versuche/bierschaumzerfall leifiphysik]) | ||
{{Box|1=Halbwertszeit|2=Die Halbwertszeit T<sub> | {{Box|1=Halbwertszeit|2=Die Halbwertszeit T<sub><math>\tfrac{1}{2}</math></sub> gibt an, nach welcher Zeitspanne sich die Ausgangsmenge radioaktiven Materials halbiert hat.<br> | ||
Der Wachstumsfaktor ist also q=100% - 50% = 1 - 0,5 = 0,5 und <br> | Der Wachstumsfaktor ist also q=100% - 50% = 1 - 0,5 = 0,5 und <br> | ||
die Anzahl n der Zerfallsprozesse wird berechnet mit n = <math>\tfrac{Zeit}{Halbwertszeit}</math>.|3=Kurzinfo}} | die Anzahl n der Zerfallsprozesse wird berechnet mit n = <math>\tfrac{Zeit}{Halbwertszeit}</math>.|3=Kurzinfo}} | ||
Zeile 329: | Zeile 357: | ||
{{Box|Übung | {{Box|Übung 13 - Generationszeit und Halbwertszeit|Löse die Aufgaben aus dem Buch. Achte auf eine vollständige und übersichtliche Darstellung. | ||
* S. 75 Nr. 10 | * S. 75 Nr. 10 | ||
* S. 79 Nr. 4 | * S. 79 Nr. 4 | ||
Zeile 335: | Zeile 363: | ||
* S. 80 Nr. 8 | * S. 80 Nr. 8 | ||
* S. 80 Nr. 9 | * S. 80 Nr. 9 | ||
* S. 80 Nr. 10|Üben}} | * S. 80 Nr. 10 | ||
* S. 83 Nr. 12 (**) | |||
* S. 85 Nr. 23 (***) | |||
* S. 85 Nr. 26 (**)|Üben}} | |||
{{Lösung versteckt|1=geg: Wismut 210 mit T<sub><math>\tfrac{1}{2}</math></sub> = 5 Tage; q = 0,5 und Ausgangsmenge W<sub>0</sub> = 100g.<br> | {{Lösung versteckt|1=geg: Wismut 210 mit T<sub><math>\tfrac{1}{2}</math></sub> = 5 Tage; q = 0,5 und Ausgangsmenge W<sub>0</sub> = 100g.<br> | ||
Zeit = 30 Tage, in 5 Tagesabschnitten, also für n = 1, 2, 3, 4, 5 und 6<br> | Zeit = 30 Tage, in 5 Tagesabschnitten, also für n = 1, 2, 3, 4, 5 und 6<br> | ||
Zeile 362: | Zeile 393: | ||
Lösung: n = 5, also t = 5·240 s = 1200 s = 20 min | Lösung: n = 5, also t = 5·240 s = 1200 s = 20 min | ||
|2=Tipp zu Nr. 4b|3=Verbergen}} | |2=Tipp zu Nr. 4b|3=Verbergen}} | ||
{{Lösung versteckt|1=geg: Generationszeit T<sub>2</sub> = 45 Tage; W<sub>0</sub> = 10 (Ratten); q = 2; t = 3 Monate = 90 Tage; n = <math>\tfrac{t}{T_2}</math> = <math>\tfrac{90}{45}</math> = 2<br> | |||
ges: W<sub>n</sub><br>|2=Tipp zu Nr. 8a|3=Verbergen}} | |||
{{Lösung versteckt|1=geg: Generationszeit T<sub>2</sub> = 45 Tage = 1,5 Monate; q = 2; W<sub>0</sub> = 10 (Ratten); W<sub>n</sub> = 80 Mio; <br> | |||
ges: n; t<br> | |||
Löse durch systematisches Probieren. (Lösung: n = 23; t = n·1,5 (Monate))|2=Tipp zu Nr. 8b|3=Verbergen}} | |||
{{Lösung versteckt|1=geg: n = 23 (wie in Nr. 8b)<br> | |||
ges: t = n·2 (Monate)(Lösung: n = 23)|2=Tipp zu Nr. 8c|3=Verbergen}} | |||
{{Lösung versteckt|1=geg: q = 2; W<sub>0</sub> = 50 Bakterien; T<sub>2</sub> = 30 Minuten = 0,5 Stunden; t= 3,5 Stunden; n = <math>\tfrac{t}{T_2}</math> = <math>\tfrac{3,5}{0,5}</math> = 7<br> | |||
ges: W<sub>n</sub>|2=Tipp zu Nr. 9|3=Verbergen}} | |||
{{Lösung versteckt|1=geg: q = 2; T<sub>2</sub> = 3 Wochen; W<sub>n</sub> = 100·W<sub>0</sub><br> | |||
ges: n; t<br> | |||
W<sub>n</sub> = W<sub>0</sub>·q<sup>n</sup> | Setze q = 2 und W<sub>n</sub> = 100·W<sub>0</sub> ein <br> | |||
Löse durch systematisches Probieren.<br> | |||
(Lösung: n = 6,6 , also t = ...|2=Tipp zu Nr. 10|3=Verbergen}} | |||
{{Lösung versteckt|1=<div class="grid"> | |||
<div class="width-1-2">geg: W<sub>0</sub>= 400 (Bakterien); q = 2 ("verdoppeln"); T<sub>2</sub> = 18,8 min; T = 2 h<br> | |||
ges: n; W<sub>n</sub><br> | |||
n = <math>\tfrac{T}{T_2} = \tfrac{120}{18,8}</math> ≈ 6,4<br> | |||
W<sub>n</sub> = W<sub>0</sub> · q<sup>n</sup><br> | |||
...</div> | |||
<div class="width-1-2">2. Möglichkeit: Berechne zunächst den Wachstumsfaktor für 1 Minute:<br> | |||
geg: W<sub>0</sub> = 400; W<sub>18,8</sub> = 2·400 = 800; n = 18,8<br> | |||
ges: q<br> | |||
W<sub>n</sub> = W<sub>0</sub> · q<sup>n</sup><br> | |||
800 = 400 · q<sup>18,8</sup> |:400 | |||
2 = q<sup>18,8</sup> |<math>\sqrt[18,8]{...}</math><br> | |||
<math>\sqrt[18,8]{2}</math> = q<br> | |||
1,038 ≈ q<br> | |||
<br> | |||
geg: W<sub>0</sub> = 400; n = 2h = 120min; q = 1,038<br> | |||
ges: Wn<br> | |||
...</div> | |||
</div> | |||
|2=Tipp zu Nr. 12|3=Verbergen}} | |||
{{Lösung versteckt|1=geg: W<sub>0</sub> = 100% (die gesamte Menge des Stoffe ist noch da); W<sub>6</sub> = 100% - 34% = 66%; n = 6<br> | |||
ges: q<br> | |||
W<sub>6</sub> = W<sub>0</sub> · q<sup>6</sup> | Umstellen nach q <br> | |||
<math>\sqrt[6]{\tfrac{W_6}{W_0}}</math> = q<br> | |||
<math>\sqrt[6]{\tfrac{0,66}{1}}</math> = q <br> | |||
0,933 ≈ q<br> | |||
Nun berechne die Halbwertszeit:<br> | |||
geg: W<sub>0</sub> = 100%; W<sub>n</sub> = 50%; q = 0,933<br> | |||
ges: n<br> | |||
W<sub>n</sub> = W<sub>0</sub> · q<sup>n</sup><br> | |||
0,5 = 1 · 0,993<sup>n</sup> <br> Löse durch Probieren.<br> | |||
Für n = 9 gilt: W<sub>9</sub> ≈ 0,54<br> | |||
Für n = 10 gilt: W<sub>10</sub> ≈ 0,4998<br> | |||
Also beträgt die Halbwertszeit ca. 10 Jahre, denn nach 10 Jahren hat sich die Stoffmenge halbiert.|2=Lösung zu Nr. 23|3=Verbergen}} | |||
{{Lösung versteckt|1=geg: W<sub>0</sub> = 100%; W<sub>24</sub> = 300% (verdreifacht); n = 24 <br> | |||
ges: q (prozentuales Wachstum pro Tag); p%<br> | |||
...<br> | |||
Lösung: q=1,0468|2=Tipp zu Nr. 26a|3=Verbergen}} | |||
<br> | |||
==Einschub: Logarithmieren== | |||
Ist beim exponentiellen Wachstum der '''Exponent '''n '''gesucht''', kannst du diesen Wert durch systematisches Probieren erhalten. Eine genauere Möglichkeit ist das Logarithmieren.<br> | |||
{{Box|1=Definition Logarithmus|2=Als Logarithmus wird der Exponent n bezeichnet, mit dem man die Basis b potenziert, um die Zahl a zu erhalten (a und b positiv):<br> | |||
b<sup>n</sup>=a, dann gilt log<sub>b</sub>a = n<br> | |||
Beispiele: | |||
* log<sub>2</sub>8 = 3; denn 2<sup>3</sup> = 8<br> | |||
* log<sub>10</sub>100000 = 5; denn 10<sup>5</sup> = 100000 | |||
Für die Berechnung des Exponenten in den Aufgaben zum exponentiellen Wachstum nutzt du die folgende Tastenfolge:<br> | |||
5<sup>x</sup> = 25<br> | |||
x = log<sub>5</sub>25 <br> | |||
x = 2 (Zeigt dein Taschenrechner dann als Ergebnis an.) | |||
|3=Kurzinfo}}<br> | |||
{{Lösung versteckt|1=Falls du einen Taschenrechner nutzt, der diese Möglichkeit nicht hat, tippe wie folgt:<br> | |||
x = <math>\tfrac{log25}{log5}</math><br> | |||
x = 2|2=andere Möglichkeit: Taschenrechnereingabe|3=Verbergen}} | |||
{{#ev:youtube|f1tFVT0_Iz8|800|center}} | |||
{{Box|1=Übung zum Logarithmieren|2=Löse S. 84 Nr. 21b mithilfe des Taschenrechners:<br> | |||
3<sup>x</sup> = 50 also ist <br> | |||
x = log<sub>3</sub>50<br> | |||
x ≈ 3,56|3=Üben}} | |||
<br> | <br> | ||
{{Fortsetzung|weiter=4 Die Exponentialfunktion|weiterlink=Benutzer:Buss-Haskert/Exponentialfunktion/Exponentialfunktion}} | {{Fortsetzung|weiter=4 Die Exponentialfunktion|weiterlink=Benutzer:Buss-Haskert/Exponentialfunktion/Exponentialfunktion}} |
Aktuelle Version vom 3. Dezember 2024, 15:50 Uhr
1) Lineares und exponentielles Wachstum (Einstieg)
2) Wachstumsrate und Wachstumsfaktor
3) Exponentielles Wachstum
4) Die Exponentialfunktion
3 Exponentielles Wachstum
Prognose für das Jahr 2030: n = 11
W11 = W0 ∙ q11
= 7,70 ∙ 1,02511
Die Gleichung Wn = W0 · qn heißt Exponentialgleichung, da die Variable n im Exponenten steht.
Erinnerung vermehrter/verminderter Grundwert in der Prozentrechnung:
vermehrter Grundert: G+ = G · p+% (mit p+% = 1+p% = q)
Applet von C. Buß-Haskert Originallink https://www.geogebra.org/m/jtgzqdtf
3.1 Exponentielles Wachstum: Beispiele und Anwendungen
3.1.1 Wn gesucht
geg: W0 = 1,38 Mrd.; p% = 0,8% = 0,008, also ist q = 1+0,008 = 1,008; n = 5 (von 2020 - 2025)
ges: W5
Wn = W0 · qn
W5 = 1,38 · 1,0085
= 1,436
Du nutzt folgende Taste beim Taschenrechner, um Exponenten größer als 3 einzugeben (hier z.B. n = 8):
3.1.2 W0 gesucht
geg: W30 = 4,7 Mio km²; p% = -1,7% = -0,017, also ist q = 1-0,017 = 0,983; n = 30
ges: W0
Wn = W0 · qn | : qn
W0 =
W0 =
=
≈ 7,86
3.1.3 q bzw. p% gesucht
geg: W0 = 600 €; W5 = 730 €; n = 5
ges: q bzw. p%
Wn = W0 · qn | : W0
= qn |
= q
1,04 ≈ q
p% = q - 1 = 0,04 = 4%
3.1.4 n gesucht
geg: W0 = 100°C; Wn = 65°C ; p% = -5% = -0,05, also q = 1-0,05 = 0,95
ges: n
Wn = W0 · qn | Löse durch systematisches Probieren (Wertetabelle)
Für n = 1 gilt:
W1 = W0 · q1 |
= 100 · 0,951
= 95 (°C)
...
Für n = 8 gilt:
W8 = W0 · q8 |
= 100 · 0,958
≈ 66,3 (°C)
Für n = 9 gilt:
W9 = W0 · q9 |
= 100 · 0,959
≈ 63,0 (°C)
Du kannst die Lösung auch durch Logarithmieren lösen:
Wn = W0 · qn
65 = 100 · 0,95n |:100
0,65 = 0,95n |log
log0,950,65 = n
8,4 ≈ n
geg: W0 = 200 g; p% = 30% = 0,3, also q = 1+0,3 = 1,3
ges: W1; W2; ...; W5
geg: W0 = 200 g; p% = 30% = 0,3, also q = 1+0,3 = 1,3; Wn = 1200 g
ges: n
Rechne wie in Anwendungsaufgabe 4. Löse durch systematische Probieren.
Lösung:
für n = 6 ist W6 = ... ≈965,4 g
für n = 7 ist W7 = ... ≈ 1254,9 g
geg: W0 = 18700 €; p% = 0,9% = 0,009, also q = 1+0,009 = 1,009; n = 2 (von 2013 bis 2015)
ges: W2
geg: W2 = 22500 €; p% = 0,9% = 0,009, also q = 1+0,009 = 1,009
ges: W0 (2013) und W1 (2014)
geg: W0 = 26200 €(im Jahr 2018); p% = 2,3% = 0,023, also q = 1+0,023 = 1,023; n = 5 (von 2018 bis 2023)
ges: W5
geg: W0 = ... (Bevölkerungszahlen im Jahr 2010); p% = 1,2% = 0,012, also q = 1+0,012= 1,012 usw.; n = 40 (von 2010 bis 2050)
ges: W40
geg: W0 = 100% (Lichtintensität); p% = -11% = -0,11, also q = 1-0,11 = 0,89; n = 10 (in 10m Tiefe)
ges: W10
Rechne wie in Anwendungsaufgabe 1.
Lösung: W10 = ... ≈ 31,2%
geg: Luftdruck in Meereshöhe W0=1013 hPa; Abnahme je 100m p%=-1,23%=-0,0123, also q=1-0,0123 = 0,9877; Höhe des Kilimandscharo 5895m = 58,95· 100 m, also x = 58,95 und des Mt. Everest 8848m = 88,48·100 m, also x = 88,48
ges: Luftdruck auf den Bergen, also Wx
Wx = W0 · qx
= 1013 · 0,987758,95
≈ 488,4 (hPa)
Bestimme zunächst den Luftdruck in 500 m Höhe (also x = 5) und in 841 m Höhe (also x = 8,41). Danach berechne den Unterschied von beiden. dies ist W.
Gib die Funktionsgleichung bei GeoGebra ein. Wx = 1013 · 0,9887x:100
x steht hier für die Höhe, in der der Luftdruck berechnet werden soll.
3.2 Anwendung des exponentiellen Wachstums: Zinseszinsrechnung
Bei diesem Kapitalwachstum handelt es sich um ein exponentielles Wachstum.
geg:K = 7500€; p% = 1,5% = 0,015, also q = 1 + 0,015 =1,015; n = 5
K5 = K0 ∙ q5
= 7500 ∙ 1,0155
a) geg:...
ges: q; Kn
q = 1 + p% = 1 + 0,015 = 1,015
b) geg:...
ges: p%; Kn
p% = q - 1 = 1,035 - 1 = 0,035 = 3,5%
c) geg: ...
ges: K0; p%
d)geg: ...
ges: q und p%
Stelle die Formel nach q um und setzte die gegebene Größen ein. Bestimme so den Wert für q.
e) geg: ...
ges: q; n
q = 1 + p% = ...
Bestimme n durch Probieren.
Rechne zunächst mit einem Betrag von z.B. K0 = 1000€
geg: K0 = 1000€; Kn = 2 ∙ 1000€ = 2000€; p% = 1,8% = 0,0018, q = 1 + 0,018 = 1,018
Stelle die passende Gleichung auf und gib diese bei GeoGebra ein. Löse damit Aufgabenteil c) und d),
(Kn=7200∙1,018n
x
Vergleiche die beiden Angebote:
Angebot A:
geg: K0 = 10000€; p% = 2,25% = 0,0225, also q = 1,0225; n = 7 Jahre
ges: Kn
Kn = K0 ∙ qn Setze ein und berechne.
Angebot B:
geg: K0 = 10000€; p% = 1,5% = 0,015, also q = 1,015; n = 7 Jahre; auf das Kapital nach 7 Jahren K7 gibt es zusätzlich 10%.
Kn = K0 ∙ qn Setze ein und berechne.
Berechne dann das Endkapital, indem du auf K7 noch einmal einen Aufschlag von 10% rechnest:
Endkapital KEnde = K7 ∙ 1,1 ...
a) geg: K0 = 2800€; n = 5; K5 = 3607,75€;
ges: Zinssatz p% (Berechne zunächst q und damit dann p%).
b) K0 = 5000€; p% = 4,5 = 0,045, also q = 1,045; Kn = 2 ∙ 5000€ = 10000€ ("verdoppelt")
ges: n
Löse durch Probieren!
c) geg: n = 8 Jahre; p% = 5,25% = 0,0525, also q = 1 + 0,0525 = 1,0525; K8 = 6776,25€
ges: K0
Vergleiche deine Lösungen zu den Aufgaben oben (bunte Mischung)
K0 = 500€; K0 = 4500€
p% = 1,2%; p% = 1%; p% = 3,5%; p% = 5,2%;
q=1,015; q = 1,01; q =1,03
Kn=8079,63€; Kn = 11685,39€; Kn = 11098,45€
3.3 Anwendung des exponentiellen Wachstums: Halbwertszeit und Generationszeit (Verdopplungszeit)
Einstieg: evtl. Bierschaumzerfall (Untersuchtung auf leifiphysik)
Das nachfolgende Applet stellt den Zerfallsprozess anschaulich dar:
- Halbwertszeit (Atome)
Direkter Link: https://www.geogebra.org/m/cq62nsqj
Applet von Hegius, Mathezone
Das nachfolgende Applet stellt den Verdopplungsprozess anschaulich dar:
- Generationszeit/ Verdopplungszeit (Bakterien)
Direkter Link: passt das Applet??
Applet von Hegius, R. Schürz
geg: Wismut 210 mit T = 5 Tage; q = 0,5 und Ausgangsmenge W0 = 100g.
Zeit = 30 Tage, in 5 Tagesabschnitten, also für n = 1, 2, 3, 4, 5 und 6
ges: Wertetabelle:
W1 = W0 · 0,51
= 100 · 0,5 = 50 (g)
W2 = W0 · 0,52
= 100 · 0,52 = 25 (g)
W3 = W0 · 0,53
= 100 · 0,53 = 12,5 (g)
...
geg: Radium-229 mit T = 240 s; q = 0,5 und Ausgangsmenge W0 = 48g.
Zeit = 6 Minuten = 360 s
ges: n; Wn
n = = = 1,5
geg: Radium-229 mit T = 240 s; q = 0,5 und Ausgangsmenge W0 = 48mg.
Wn = 1,5 mg
ges: n; t (Zeit)
1,5 = 48 · 0,5n
Löse durch systematisches Probieren.
geg: Generationszeit T2 = 45 Tage; W0 = 10 (Ratten); q = 2; t = 3 Monate = 90 Tage; n = = = 2
geg: Generationszeit T2 = 45 Tage = 1,5 Monate; q = 2; W0 = 10 (Ratten); Wn = 80 Mio;
ges: n; t
geg: n = 23 (wie in Nr. 8b)
geg: q = 2; W0 = 50 Bakterien; T2 = 30 Minuten = 0,5 Stunden; t= 3,5 Stunden; n = = = 7
geg: q = 2; T2 = 3 Wochen; Wn = 100·W0
ges: n; t
Wn = W0·qn | Setze q = 2 und Wn = 100·W0 ein
Löse durch systematisches Probieren.
ges: n; Wn
n = ≈ 6,4
Wn = W0 · qn
geg: W0 = 400; W18,8 = 2·400 = 800; n = 18,8
ges: q
Wn = W0 · qn
800 = 400 · q18,8 |:400
2 = q18,8 |
= q
1,038 ≈ q
geg: W0 = 400; n = 2h = 120min; q = 1,038
ges: Wn
geg: W0 = 100% (die gesamte Menge des Stoffe ist noch da); W6 = 100% - 34% = 66%; n = 6
ges: q
W6 = W0 · q6 | Umstellen nach q
= q
= q
0,933 ≈ q
Nun berechne die Halbwertszeit:
geg: W0 = 100%; Wn = 50%; q = 0,933
ges: n
Wn = W0 · qn
0,5 = 1 · 0,993n
Löse durch Probieren.
Für n = 9 gilt: W9 ≈ 0,54
Für n = 10 gilt: W10 ≈ 0,4998
geg: W0 = 100%; W24 = 300% (verdreifacht); n = 24
ges: q (prozentuales Wachstum pro Tag); p%
...
Einschub: Logarithmieren
Ist beim exponentiellen Wachstum der Exponent n gesucht, kannst du diesen Wert durch systematisches Probieren erhalten. Eine genauere Möglichkeit ist das Logarithmieren.
Falls du einen Taschenrechner nutzt, der diese Möglichkeit nicht hat, tippe wie folgt:
x =