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Wachstum berechnen | A.07

Es gibt in der Mathematik unendlich viele Wachstumssorten. Vier davon sind so wichtig, dass sie einen Namen erhalten haben: 1. Das lineare Wachstum, 2. Das exponentielle Wachstum, 3. Das begrenzte Wachstum (heißt auch beschränktes Wachstum) und 4. Das logistische Wachstum. Es gibt zwei Möglichkeiten, Wachstumsprozesse zu berechnen. Die einfachste (wenn auch umständlichste) Methode verwendet man in der Schule, so ca. 9., 10. Klasse. Die anderen Methoden (die man in der Oberstufe oder im Studium rechnet), sind in Kapitel A.30 zu finden.


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Exponentielles Wachstum berechnen | A.07.02

Exponentielles Wachstum kennzeichnet sich dadurch, dass immer der gleiche prozentuale Anteil dazu kommt (typisches Beispiel: ein Bankkonto, bei welchem man in jedem Jahr Prozente bekommt, die Zinsen und Zinseszinsen). Es wird durch eine Exponentialfunktion der Form B(t)=B(0)*b^x beschrieben (Hierbei ist “B(0)” der Anfangswert, “B(t)” der Bestand nach Ablauf der Zeit “t”, q ist der sogenannte Wachstumsfaktor, der sich aus der prozentualen Zu-/Abnahme berechnet). Manchmal werden auch andere Buchstaben verwendet. y=a*b^x ist ebenfalls gängig. Exponentielles Wachstum lässt den Bestand entweder unendlich groß werden (exponentiell zunehmend) oder gegen Null gehen (exponentiell abnehmend). Exponentielles Wachstum lässt den Bestand entweder unendlich groß werden (exponentiell zunehmend) oder gegen Null gehen (exponentiell abnehmend).


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Exponentielles Wachstum berechnen, Beispiel 2 | A.07.02

Exponentielles Wachstum kennzeichnet sich dadurch, dass immer der gleiche prozentuale Anteil dazu kommt (typisches Beispiel: ein Bankkonto, bei welchem man in jedem Jahr Prozente bekommt, die Zinsen und Zinseszinsen). Es wird durch eine Exponentialfunktion der Form B(t)=B(0)*q^t beschrieben (Hierbei ist “B(0)” der Anfangswert, “B(t)” der Bestand nach Ablauf der Zeit “t”, q ist der sogenannte Wachstumsfaktor, der sich aus der prozentualen Zu-/Abnahme berechnet). Manchmal werden auch andere Buchstaben verwendet. y=a*b^x ist ebenfalls gängig. Exponentielles Wachstum lässt den Bestand entweder unendlich groß werden (exponentiell zunehmend) oder gegen Null gehen (exponentiell abnehmend). Exponentielles Wachstum lässt den Bestand entweder unendlich groß werden (exponentiell zunehmend) oder gegen Null gehen (exponentiell abnehmend).


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Beschränktes Wachstum berechnen, Beispiel 3 | A.07.03

Begrenztes Wachstum (=beschränktes Wachstum) wächst am Anfang relativ schnell und nähert sich allmählich und immer langsamer einer Grenze (=Schranke), welche mit G oder S bezeichnet wird. Typische Beispiele für begrenztes Wachstum sind Erwärmungs- oder Abkühlungsvorgänge, Mischungsverhältnisse (z.B. irgendein Zeug löst sich in Wasser etc.. auf). Allgemein gilt für begrenztes Wachstum, dass immer ein konstanter Wert zum Bestand dazukommt und ein bestimmter Prozentwert weg geht. Die Funktionsgleichung vom begrenztes Wachstum lautet: f(t)=G+a*e^(-k*t). In einiges Aufgaben fällt das Wort “Sättigungsmanko”. Die Berechnung von begrenztem Wachstum erfolgt über eine Tabelle und Schritt für Schritt, d.h. aus einem Bestand berechnen wir den Bestand vom nächsten Tag/Jahr/Minute/..., daraus dann den übernächsten Bestand usw. Wir verwenden hierbei die Formel dB(t)=k*(G-B(t)), wobei B(t) der aktuelle Bestand ist, G die Grenze, k irgendein Wachstumsfaktor, dB(t) die Zunahme im aktuellen Zeitintervall. (In der Oberstufe/Studium erfolgt dann eine geschicktere Berechnung über e-Funktionen [Kap.A.30.05]) .


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Geraden, Gerade berechnen: Übungsaufgaben und Rechenbeispiele, Beispiel 1 - A.02.21

Wir stellen die Gleichungen von drei Geraden auf, von denen man unterschiedliche Angaben hat und damit Verschiedenes weiß. Die erste Winkelhalbierende ist von Bedeutung, wir brauchen einen Schnittpunkt und einen Schnittwinkel.


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Parabel mit Parameter berechnen, Beispiel 3 - A.04.19

Wenn in einer Parabelgleichung ein Parameter auftaucht (also zusätzlich zum "x" noch ein "t" oder "k" oder …), so spricht man von einer "Parabelschar" (man hat schließlich eine ganze Schar von Parabeln). Jede einzelne Parabel nennt man "Scharparabel" (eine Parabel aus dieser Schar). Die üblichen Fragen bei Parabelscharen sind Nullstellen (also y=0 setzen und nach "x" auflösen), irgendeine Punktprobe (man setzt also die Koordinaten von irgendeinem gegebenen Punkt ein und muss nach "t" auflösen), und ähnliches Zeug. Oft steckt der Parameter in der Mitternachtsformel (p-q-Formel oder a-b-c-Formel) unter der Wurzel und man muss entscheiden, ob es für die Fragestellung aus der Aufgabe keine/eine/zwei Lösungen gibt. Die Antwort hängt davon ab, was unter der Wurzel steht (das unter der Wurzel nennt man "Diskriminante"). Ist die Diskriminante positiv gibt es zwei Lösungen, ist sie negativ gibt es keine Lösung, ist sie genau Null so hat man eine Lösung. Gewöhnungsbedürftig, aber machbar.


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Differentialgleichung: Was ist eine DGL und wie rechnet man damit? Beispiel 3 | A.30.02

Eine Differenzialgleichung (kurz: DGL) ist eine Gleichung in welcher Ableitung und Funktion auftauchen. Eine DGL beschreibt daher einen Zusammenhang zwischen der Änderung des Bestands und dem Bestand selber.


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Analysis 3 | Tiefere Einblicke in die Funktionsanalyse: Exponentielles Wachstum berechnen mit Differentialgleichung, Beispiel 6 | A.30.04

Die Differenzialgleichung vom exponentiellen Wachstum lautet: f'(t)=k*f(t) und sagt damit aus, dass die Änderung immer proportional zum Bestand ist (falls k=0,05, bedeutet das, dass die Zunahme immer 5% vom Bestand ist). Die Zahl “k” heißt Proportionalitätsfaktor oder Wachstumskonstante und taucht auch in der Funktionsgleichung vom exponentiellen Wachstum auf.


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Analysis 3 | Tiefere Einblicke in die Funktionsanalyse: Beschränktes Wachstum berechnen, Beispiel 4 | A.30.05

Begrenztes Wachstum (=beschränktes Wachstum) wächst am Anfang relativ schnell und nähert sich allmählich und immer langsamer einer Grenze (=Schranke), welche mit G oder S bezeichnet wird. Typische Beispiele für begrenztes Wachstum sind Erwärmungs- oder Abkühlungsvorgänge, Mischungsverhältnisse (z.B. irgendein Zeug löst sich in Wasser etc.. auf). Allgemein gilt für begrenztes Wachstum, dass immer ein konstanter Wert zum Bestand dazukommt und ein bestimmter Prozentwert weg geht. Die Funktionsgleichung vom begrenztes Wachstum lautet: f(t)=G+a*e^(-k*t). In einiges Aufgaben fällt das Wort “Sättigungsmanko”. Hierbei handelt es sich um den Wert, um welchen der Bestand überhaupt noch zunehmen kann, also um die Differenz zwischen Grenze und aktuellem Bestand.


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Analysis 3 | Tiefere Einblicke in die Funktionsanalyse: Beschränktes Wachstum mit Differentialgleichung berechnen, Beispiel 4 | A.30.06

Die Differenzialgleichung vom begrenzten Wachstum (=beschränkten Wachstum) lautet: f'(t)=k*(G-f(t)). f'(t) ist die Zunahme (oder Abnahme) des Bestandes, G-f(t) heißt Sättigungsmanko und ist der Wert um welchen der Bestand noch zu- oder abnehmen kann (also die Differenz von Grenze und aktuellem Bestand). Damit sagt die Differenzialgleichung aus, dass die momentane Änderung des Bestands proportional zum Sättigungsmanko ist. Die Parameter “k” und “G” tauchen auch in der Funktionsgleichung auf und heißen: k=Wachstumsfaktor=Proportionalitätsfaktor, G=Grenze=S=Schranke.


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