Modelos Exponenciales

Presentación del tema: "Modelos Exponenciales"— Transcripción de la presentación:

1 Modelos Exponenciales
Sesión 6.3 Modelos Exponenciales Matemática Básica(Ing.)

2 Habilidades Resuelve problemas donde los modelos se describen por medio de funciones exponenciales, y analiza las posibles soluciones dentro del contexto del problema presentado. Modelo de enfriamiento de Newton. Modelo de Interés Simple y Compuesto. Modelos de Crecimiento poblacional. Modelo de Desintegración Radiactiva. Matemática Básica(Ing.)

3 Ley del enfriamiento de Newton
La ley de enfriamiento de Newton establece que el cociente de diferencias de temperaturas real y máxima decrece en forma exponencial T0 = Temperatura inicial de un objeto, Tm = Temperatura del ambiente o medio circundante, k = Constante positiva que depende del tipo de objeto. de donde: Modelo de enfriamiento de Newton. Modelos de Crecimiento poblacional. Modelo de desintegración radiactiva. Modelo de Interés simple y compuesto. Matemática Básica(Ing.)

4 Ejemplo 1 Una tasa de café tiene una temperatura de 200°F y se coloca en una habitación que tiene una temperatura de 70°F. Después de 10 minutos la temperatura del café es de 150°F. (a) Determine una función que modele la temperatura del café en un tiempo t. (b) Calcule la temperatura del café después de 15 min. (c) ¿En qué momento el café se habrá enfriado 100°F? (d) Ilustre mediante una gráfica como varia la temperatura respecto al tiempo. Modelo de enfriamiento de Newton. Modelos de Crecimiento poblacional. Modelo de desintegración radiactiva. Modelo de Interés simple y compuesto. Matemática Básica(Ing.)

5 Ejemplo 2 Un huevo cocido a temperatura de 96°C se coloca en agua de 16°C para enfriarlo. Cuatro minutos después la temperatura del huevo es 45°C. Determine el momento en que el huevo estará a 20°C. Modelo de enfriamiento de Newton. Modelos de Crecimiento poblacional. Modelo de desintegración radiactiva. Modelo de Interés simple y compuesto. Matemática Básica(Ing.)

6 Ejemplo 3 La policía descubrió un cuerpo a las 11 pm. de un viernes. La temperatura del cadáver en ese momento era de 31C y una hora después era de 30C. La temperatura de la habitación donde fue encontrado el cadáver es de 22C. Estime la hora en que ocurrió el asesinato. Nota: La temperatura del cuerpo humano (vivo) es de 37C. Modelo de enfriamiento de Newton. Modelos de Crecimiento poblacional. Modelo de desintegración radiactiva. Modelo de Interés simple y compuesto. Matemática Básica(Ing.)

7 Modelos de crecimiento
La disciplina que estudia la población se conoce como demografía y analiza el tamaño, composición y distribución de la población, sus patrones de cambio a lo largo de los años en función de nacimientos, defunciones y migración, y los determinantes y consecuencias de estos cambios. El estudio de la población proporciona una información de interés para las tareas de planificación (especialmente administrativas) en sectores como sanidad, educación, vivienda, seguridad social, empleo y conservación del medio ambiente. Estos estudios también proporcionan los datos necesarios para formular políticas gubernamentales de población, para modificar tendencias demográficas y conseguir objetivos económicos y sociales. Enciclopedia Microsoft® Encarta® © Microsoft Corporation. Reservados todos los derechos. Modelo de enfriamiento de Newton. Modelos de Crecimiento poblacional. Modelo de Interés simple y compuesto. Modelo de desintegración radiactiva. Matemática Básica(Ing.)

8 Modelos de crecimiento
Una población que experimenta crecimiento exponencial crece según el modelo. n(t) = n0ert donde: n(t) = Población en un tiempo t n0 = Tamaño inicial de la población r = Tasa relativa de crecimiento (expresada como una proporción de la población) t = Time Modelo de enfriamiento de Newton. Modelos de Crecimiento poblacional. Modelo de Interés simple y compuesto. Modelo de desintegración radiactiva. Matemática Básica(Ing.)

9 Ejemplo 1 Un cultivo de bacterias tiene inicialmente 500 bacterias. Más tarde un biólogo realiza un conteo muestral en el cultivo y encuentra que la tasa relativa de crecimiento es 40% por hora. Encuentre una función que modele el número de bacterias después de t horas. ¿Cuál es la cuenta estimada después de 10 horas? ¿En qué tiempo se triplico la población de bacterias? Trace la gráfica de la función n(t). Modelo de enfriamiento de Newton. Modelos de Crecimiento poblacional. Modelo de Interés simple y compuesto. Modelo de desintegración radiactiva. Matemática Básica(Ing.)

10 Ejemplo 2 Los biólogos han determinado que cuando se dispone de suficiente espacio y nutrientes, el número de bacterias de un cultivo crece exponencialmente. Suponga que se tiene inicialmente 2000 bacterias en cierto cultivo y que 20 minutos después hay 6000 ¿Cuántas bacterias habrá al cabo de una hora? Modelo de enfriamiento de Newton. Modelos de Crecimiento poblacional. Modelo de Interés simple y compuesto. Modelo de desintegración radiactiva. Matemática Básica(Ing.)

11 Ejemplo 3 Cierta raza de conejos se introdujo en una pequeña isla hace 8 años atrás. La población actual de conejos en la isla se estima en 4000, con una tasa de crecimiento relativa de 55%. Encuentre una función que modele el número de bacterias después de t horas. ¿Cuál es el tamaño inicial de la población? Estime la población 12 años a partir de ahora. Modelo de enfriamiento de Newton. Modelos de Crecimiento poblacional. Modelo de Interés simple y compuesto. Modelo de desintegración radiactiva. Matemática Básica(Ing.)

12 Ejemplo 4 Un cultivo de bacterias tiene inicialmente bacterias y el número se duplica cada 40 minutos. a) Encuentre una función que modele el número de bacterias en el tiempo t. b) Encuentre el número de bacterias después de una hora. c) Después de cuantos minutos habrá 50,000 bacterias? d) Bosqueje una gráfica que ilustre el crecimiento de las bacterias en función del tiempo t. Modelo de enfriamiento de Newton. Modelos de Crecimiento poblacional. Modelo de Interés simple y compuesto. Modelo de desintegración radiactiva. Matemática Básica(Ing.)

13 Desintegración radiactiva
Todos los organismos vivos absorben carbono radiactivo, forma inestable de carbono que tiene una vida media de unos años. Durante su vida, un organismo renueva de forma continua su provisión de radiocarbono al respirar y al comer. Tras su muerte, el organismo se convierte en un fósil y el carbono 14 decae sin ser reemplazado. Para medir la cantidad de carbono 14 restante en un fósil, los científicos incineran un fragmento pequeño para convertirlo en gas de dióxido de carbono. Se utilizan contadores de radiación para detectar los electrones emitidos por el decaimiento de carbono 14 en nitrógeno. La cantidad de carbono 14 se compara con la de carbono 12, forma estable del carbono, para determinar la cantidad de radiocarbono que se ha desintegrado y así datar el fósil. Enciclopedia Microsoft® Encarta® © Microsoft Corporation. Reservados todos los derechos. Modelo de enfriamiento de Newton. Modelos de Crecimiento poblacional. Modelo de desintegración radiactiva. Modelo de Interés simple y compuesto. Matemática Básica(Ing.)

14 Desintegración radiactiva
Se puede demostrar que la masa Q(t) que permanece en el tiempo t sin desintegrarse, se modela mediante la función Q(t) = Q0e–rt donde: r = es la tasa de desintegración (expresada como una proporción de la masa que queda). Q0= es la masa inicial. Vida media: Es el tiempo que demora en desintegrarse la mitad de la sustancia radioactiva. Modelo de enfriamiento de Newton. Modelos de Crecimiento poblacional. Modelo de desintegración radiactiva. Modelo de Interés simple y compuesto. Matemática Básica(Ing.)

15 Ejemplo 1 La vida media de cierta sustancia radiactiva es 14 días. Al principio hay 6,6 g. Exprese la cantidad de sustancia que queda, como función del tiempo t. ¿Cuándo quedará un gramo de sustancia? Modelo de enfriamiento de Newton. Modelos de Crecimiento poblacional. Modelo de desintegración radiactiva. Modelo de Interés simple y compuesto. Matemática Básica(Ing.)

16 Ejemplo 2 La vida media de cierta sustancia radioactiva es de 1,5 s. La cantidad inicial de sustancia es de gramos. Exprese la cantidad de sustancia restante como una función de tiempo t. Determine si queda un gramo después de un minuto. Modelo de enfriamiento de Newton. Modelos de Crecimiento poblacional. Modelo de desintegración radiactiva. Modelo de Interés simple y compuesto. Matemática Básica(Ing.)

17 Ejemplo 3 Un reactor de reproducción convierte el uranio 238, relativamente estable, en plutonio 239, un isótopo radiactivo. Al cabo de 15 años, se tiene que se ha desintegrado 0.043% de la cantidad inicial Ao, de una muestra de plutonio. Calcule la vida media de ese isótopo, si la rapidez de desintegración es proporcional a la cantidad restante. Modelo de enfriamiento de Newton. Modelos de Crecimiento poblacional. Modelo de desintegración radiactiva. Modelo de Interés simple y compuesto. Matemática Básica(Ing.)

18 Ejemplo 4 Se analizó un hueso fósificado y se encontró que contenía la milésima parte de la cantidad original de C-14. Determine la edad del fósil. Modelo de enfriamiento de Newton. Modelos de Crecimiento poblacional. Modelo de desintegración radiactiva. Modelo de Interés simple y compuesto. Matemática Básica(Ing.)

19 Escala de Richter La magnitud en la escala de Richter R, de un terremoto tiene como base las características asociadas con la onda sísmica y se mide mediante Donde: a: Amplitud de la onda (intensidad del terremoto) (en ) T: Periodo (en segundos) B: Toma en cuenta el debilitamiento de la onda sísmica debido a la distancia del epicentro. Modelo de enfriamiento de Newton. Modelos de Crecimiento poblacional. Modelo de desintegración radiactiva. Escala de Richter. Modelo de Interés simple y compuesto. Matemática Básica(Ing.)

20 Ejemplo 1 Afganistán sufrió 2 importantes terremotos en El del 4 de febrero tuvo una magnitud de 6,1 en la escala de Richter y causo alrededor de 1300 muertes. El del 30 de mayo alcanzó 6,9 en la escala de Richter y produjo la muerte de 4700 personas. ¿Cuántas veces fue más fuerte el terremoto del 30 de mayo? Modelo de enfriamiento de Newton. Modelos de Crecimiento poblacional. Modelo de desintegración radiactiva. Escala de Richter. Modelo de Interés simple y compuesto. Matemática Básica(Ing.)

21 Matemática Financiera.
Diferentes tipos de interés. Interés simple por un año Interés compuesto anualmente Interés compuesto capitalizable k períodos por años. Interés compuesto continuamente. Modelo de enfriamiento de Newton. Modelos de Crecimiento poblacional. Modelo de desintegración radiactiva. Escala de Richter. Modelo de Interés simple y compuesto. Matemática Básica(Ing.)

22 1. Suponga que se invierten $1000 a una tasa de interés anual de 6%
1. Suponga que se invierten $1000 a una tasa de interés anual de 6%. Calcule el saldo después de 10 años si el interés se capitaliza: Trimestralmente. Mensualmente Continuamente 2. ¿En cuánto tiempo una inversión de $2000 crecerá hasta $5000 cuando se invierte a una tasa anual de 8%, si el interés se capitaliza: a. trimestralmente? b. continuamente? Modelo de enfriamiento de Newton. Modelos de Crecimiento poblacional. Modelo de desintegración radiactiva. Escala de Richter. Modelo de Interés simple y compuesto. Matemática Básica(Ing.)

23 Diferentes tipos de intereses.
3. ¿Cuánto se deberá invertir a una tasa de interés anual de 6.25%, de manera que su saldo al cabo de 10 años sea de $2000, si este se capitaliza continuamente? 4. Nancy quiere invertir 4000 dólares en certificados de ahorros que producen una tasa de interés de 9.75% por año, capitalizable cada medio año. ¿Cuán largo debe elegir el período a fin de ahorrar una cantidad de 5000 dólares? Modelo de enfriamiento de Newton. Modelos de Crecimiento poblacional. Modelo de desintegración radiactiva. Escala de Richter. Modelo de Interés simple y compuesto. Matemática Básica(Ing.)

24 6. Suponga que Quan Li invierte $500 al 7% de interés
5. ¿En cuánto tiempo se duplicará una inversión de 1000 dólares si la tasa de interés es 8.5% anual capitalizable de manera continua? 6. Suponga que Quan Li invierte $500 al 7% de interés compuesto cada año. Determine el valor de su inversión después de 10 años. 7. Judy tiene $500 para invertir al 9% de interés anual compuesto cada mes. ¿Cuánto tiempo le tomará a su inversión crecer a dólares? Modelo de enfriamiento de Newton. Modelos de Crecimiento poblacional. Modelo de desintegración radiactiva. Escala de Richter. Modelo de Interés simple y compuesto. Matemática Básica(Ing.)

25 9. Suponga que Laura invierte $100 al 8% de interés
8. Stephen tiene $500 para invertir. ¿Cuál es la tasa de interés anual, compuesta trimestralmente, que se necesita para duplicar su dinero en 10 años? 9. Suponga que Laura invierte $100 al 8% de interés anual capitalizable deforma continua. Determine el valor de su inversión al final de cada uno de los años 1, 2, …, 7. Modelo de enfriamiento de Newton. Modelos de Crecimiento poblacional. Modelo de desintegración radiactiva. Escala de Richter. Modelo de Interés simple y compuesto. Matemática Básica(Ing.)

26 Ejemplo 5 El plutonio 210 (210Po) tiene una vida media de 140 días. Suponga que una muestra de sustancia tiene una masa de 300 mg. Encuentre una función que modele la cantidad de la muestra que queda en un tiempo t. Calcule la masa que queda después de un año. ¿Cuánto tiempo tarda la muestra en desintegrarse a una masa de 200 mg? Esboce una gráfica que represente la cantidad de masa en función del tiempo. Modelo de enfriamiento de Newton. Modelos de Crecimiento poblacional. Modelo de desintegración radiactiva. Escala de Richter. Modelo de Interés simple y compuesto. Matemática Básica(Ing.)

27 Otros modelos La longitud, en centímetros de las truchas de t meses de edad se pueden aproximar mediante una función de crecimiento de la forma Estime la longitud de la trucha al momento de nacer. En el mercado internacional la trucha se compra cuando tiene una longitud mínima de 42,7cm, estime cuanto tiempo debe pasar para poder ofertar un lote en el mercado internacional. Grafiquen f y estime la longitud máxima que puede alcanzar la trucha. Matemática Básica(Ing.)

28 Importante Los alumnos deben revisar los ejercicios del libro texto guía. Ejercicios de la sección 3.5 Pág Sobre la tarea, está publicada en el AV Moodle. Matemática Básica(Ing.)

29 Ejercicios adicionales
Suponga que un cultivo de 100 bacterias se coloca en una caja de Petri y el cultivo se duplica cada hora. Prediga cuándo el número de bacterias será de Suponga que la vida media de cierta sustancia radiactiva es 20 días y que al inicio hay 5 gramos. Determine el momento en que quedará 1 gramo de la sustancia. Matemática Básica(Ing.)