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Aufgabe:

Die Größe einer Population von Kleinstlebewesen mit lichtabhängigem Stoffwechsel läst sich durch die Differentialgleichung

\( \dot{c}(t)=l(t) c(t) \)

beschreiben, wobei \( t \mapsto c(t) \) die Größe der Population zur Zeit \( t \geq 0 \) beveichinet und die Funktion \( t \mapsto l(t) \) die Intensität des Tageslichtes angibt.

(i) Bestimmen Sie die Lösung der Differentialgleichung zum Anfangswert \( c(0)=c_{0} \) unter der Annahme \( l(t)=\frac{1}{2}+\sin (2 \pi t) \) für \( t \geq 0 \) (Zeit \( t \) in Tagen).

(ii) Wie groß ist die Population nach einem Tag, wenn der Anfangsbestand \( c_{0}=1 \) war?

(iii) Geben Sie die Zeiträume im Verlauf eines Tages an, in denen die Population zunimmt bzw. in denen sie abrimmt.

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Ich habe es mal aufgeschrieben, hoffe Du kannst das lesenBild Mathematik

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zu iii ist noch zu sagen, dass aus der Art und Lage der Extrema nun noch die Frage der Zu- und Abnahme zu klären ist. von 0 bis 7/12 nimmt die Population zu, da dort ein Maximum vorliegt, entsprechend nimmt sie zwischen 7/12 und 11/12 ab, da bei 11/12 ein Minimum vorliegt. entsprechend muss die Population zwischen 11/12 und 1 wieder wachsen.

 

Wie kann ich denn den letzten Aufgabenteil lösen? Bild Mathematik

nun mit C(t) haben wir die Wachstumsfunktion bestimmt und mit 36 Stunden ist das Intervall jetzt auf [0;1,5]erweitert worden. Schau Dir mal den Graphen der Funktion an (hier auf der Seite gibt es einen Funktionsplotter da kannst Du C(t) mal eingeben). Gefragt sind die Extremwerte, zwei habe ich schon berechnet, alle weiteren bekommst Du, in dem Du die Periodizität nutzt. Da die Funktion 1-Periodisch ist, wiederholen sich die Extremwerte nach jeweils einem Tag. Ich hatte bereits gezeigt, dass nach 7/12 Tagen also nach 14 Stunden ein Maximum vorliegt, das nächste Maximum liegt also bei 14+24 = 38 Stunden, was aber außerhalb des gefragten Zeitraumes ist. 7/12 ist also das gesuchte Maximum

Danke, ich werde mir den Graphen gleich anschauen. Vorab: Hier habe ich eine abweichende Lösung von einem Mitschüler und wollte fragen, dieser Weg grundsätzlich falsch ist? Bild Mathematik

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