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Unbegrenztes Wachstum / Unbegrenzte Abnahme

\( B(t) = B(0) \cdot e^{k \cdot t} \)
  • \( B(t) \): Bestand zum Zeitpunkt \( t \)
  • \( B(0) \): Anfangsbestand
  • \( k \): Proportionalitätskonstante
  • \( t \): Zeitvariable

Im Gegensatz zu den anderen exponentiellen Wachstumsarten ist das Wachstum unbegrenzt. In diesem Fall liegt die Asymptote bei \( y = 0 \). Man spricht genau dann von einem unbegrenztem Wachstum, wenn die Proportionalitätskonstante \( k > 0 \) ist. Von einer unbegrenzten Abnahme spricht man dagegen, wenn die Proportionalitätskonstante \( k < 0 \) ist.

Unbegrenzte Zunahme

Koordinatensystem mit ansteigender Exponentialkurve, k > 0

Unbegrenzte Abnahme

Koordinatensystem mit fallender Exponentialkurve, k < 0

Häufig wird im Zusammenhang mit dem unbegrenzten Wachstumsprozess nach der Halbwertszeit bzw. der Verdopplungszeit gefragt.

Halbwertszeit:

\( t = \frac{\ln(0.5)}{k} \)

Zeitspanne, bis sich ein Bestand halbiert hat

Verdopplungszeit:

\( t = \frac{\ln(2)}{k} \)

Zeitspanne, bis sich ein Bestand verdoppelt hat

Beispiel:
Bei einem radioaktiven Präparat zerfällt jedes Jahr die vorhandene Masse um 15%. Zu Beginn sind 12mg der Substanz vorhanden.

a) Bestimme die zugrunde liegende Exponentialfunktion.

\( \begin{aligned} B(0) &= 12 \\ k &= \ln(b) = \ln(0,85) \approx -0,1625 \\ B(t) &= 12 \cdot e^{-0,1625t} \end{aligned} \)

b) Nach wie viel Jahren sind noch 2mg der Anfangssubstanz vorhanden?

\( \begin{aligned} B(t) &= 2 \\ 2 &= 12 \cdot e^{-0,1625t} \quad |:12 \\ \frac{1}{6} &= e^{-0,1625t} \quad |\text{Logarithmieren} \\ \ln\left(\frac{1}{6}\right) &= -0,1625 \cdot t \quad |:(-0,1625) \\ t &\approx 11 \end{aligned} \)

Antwort: Nach ungefähr 11 Jahren sind noch 2mg der ursprünglichen Substanz vorhanden.

c) Bestimme die Halbwertszeit.

\( \begin{aligned} t &= \frac{\ln(0.5)}{k} \\ t &= \frac{\ln(0.5)}{-0,162519} \\ t &\approx 4,27 \end{aligned} \)

Antwort: Die Halbwertszeit beträgt ungefähr 4,27 Jahre.

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