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Awalysis
Am 26. April 1986 ereignete sich in der Ukraine ein Reaktorunfall, bei dem radioaktives Plutonium-241 freigesetzt wurde. Plutonium-241 zerfallt exponentiell, d. h. in jedem Jahr nimmt die Masse des vorhandenen Plutonium-241 um einen konstanten prozentualen Anteil ab.
Im Folgenden wird der Zerfall einer bestimmten Menge Plutonium-241 betrachtet. Dieser Zerfall wird durch die Funktion p mit
p(x)=200⋅e−0,0480x und x∈R,x≥0.
beschrieben. Dabei ist x die Zeit in Jahren, die seit dem Reaktorunfall vergangen ist, und p(x) die Masse des verbliebenen Plutonium-241 in Milligramm.
a) Geben Sie die Bedeutung des Faktors 200 im Sachzusammenhang an und berechnen Sie den prozentualen Anteil, um den die Masse des Plutonium-241 in jedem Jahr abnimmt.
b) Bestimmen Sie das Jahr, in dessen Verlauf erstmals weniger als ein Milligramm des Plutonium-241 vorhanden sein wird.
Bei dem Zerfall des Plutonium-241 entsteht radioaktives Americium-241, das ebenfalls exponentiell zerfällt. Im verwendeten Modell gibt die Funktion a mit a(x)=207⋅(1−e−0,0464x)⋅e−0,0016x für jedes Jahr die Masse des vorhandenen Americium-241 in Milligramm an.
c) Der Graph von a kann für einen Wert von k aus dem Graphen der Funktion hk aus Aufgabe 1.1 erzeugt werden, indem man diesen in x-Richtung und in y-Richtung streckt.
Geben Sie die beiden Streckungsfaktoren an und bestimmen Sie den passenden Wert von k.
d) Im Funktionsterm von a erfasst der Faktor 1−e−0,0484x die Zunahme der Masse des vorhandenen Americium-241 und der Faktor e−0,0016x den Zerfall des vorhandenen Americium-241.
Begründen Sie, dass es einen Zeitpunkt gibt, zu dem beide Faktoren den gleichen Wert annehmen.
e) Geben Sie die Bedeutung der Aussage 73a(73)≈2,4im Sachzusammenhang an. Begründen Sie Ihre Angabe.