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

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

2 Matemática Básica(Ing.)2 Información del curso Tareas: Ingresar al Aula Virtual e imprimir. Talleres: Ver horarios en el panel (aula C -12).

3 Matemática Básica(Ing.)3 Habilidades 1.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.

4 Matemática Básica(Ing.)4 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 T 0 = Temperatura inicial de un objeto, T m = 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.

5 Matemática Básica(Ing.)5 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. Ejemplo 1 Modelo de enfriamiento de Newton. Modelos de Crecimiento poblacional. Modelo de desintegración radiactiva. Modelo de Interés simple y compuesto.

6 Matemática Básica(Ing.)6 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.

7 Matemática Básica(Ing.)7 Diferentes tipos de intereses. Interés simple por un año Interés compuesto capitalizable k períodos por años. Interés compuesto anualmente Interés compuesto continuamente. Modelo de enfriamiento de Newton. Modelo de Interés simple y compuesto. Modelos de Crecimiento poblacional. Modelo de desintegración radiactiva.

8 Matemática Básica(Ing.)8 2. ¿En cuánto tiempo se duplicará una inversión de 1000 dólares si la tasa de interés es 8.5% anual capitalizable de manera continua? Diferentes tipos de intereses. 1. 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. Modelo de Interés simple y compuesto. Modelos de Crecimiento poblacional. Modelo de desintegración radiactiva.

9 Matemática Básica(Ing.)9 4. Judy tiene $500 para invertir al 9% de interés anual compuesto cada mes. ¿Cuánto tiempo le tomará a su inversión crecer a dólares? 5. Stephen tiene $500 para invertir. ¿Cuál es la tasa de interés anual, compuesta trimestralmente, que se necesita para duplicar su dinero en 10 años? 3. Suponga que Quan Li invierte $500 al 7% de interés compuesto cada año. Determine el valor de su inversión después de 10 años. Modelo de enfriamiento de Newton. Modelo de Interés simple y compuesto. Modelos de Crecimiento poblacional. Modelo de desintegración radiactiva.

10 Matemática Básica(Ing.)10 6. 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. Modelo de Interés simple y compuesto. Modelos de Crecimiento poblacional. Modelo de desintegración radiactiva.

11 Matemática Básica(Ing.)11 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. Modelo de Interés simple y compuesto. Modelos de Crecimiento poblacional. Modelo de desintegración radiactiva. Modelos de crecimiento

12 Matemática Básica(Ing.)12 Una población que experimenta crecimiento exponencial crece según el modelo. n(t) = n 0 e rt donde: n(t) = Población en un tiempo t n 0 = Tamaño inicial de la población r = Tasa relativa de crecimiento (expresada como una proporción de la población) t = Time Modelos de crecimiento Modelo de enfriamiento de Newton. Modelo de Interés simple y compuesto. Modelos de Crecimiento poblacional. Modelo de desintegración radiactiva.

13 Matemática Básica(Ing.)13 La población de una cierta especie de pez viene dada por: Donde t : años y n en millones. Ejemplo 1 Modelo de enfriamiento de Newton. Modelo de Interés simple y compuesto. Modelos de Crecimiento poblacional. Modelo de desintegración radiactiva. a)¿Cuál es la tasa relativa de crecimiento de la población de peces? b)¿Cuál será la población de peces después de cinco años? c)¿Dentro de cuantos años se alcanzará una población de 30 millones? d)Trace la gráfica de la función n(t)

14 Matemática Básica(Ing.)14 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. a) Encuentre una función que modele el número de bacterias después de t horas. b) ¿Cuál es la cuenta estimada después de 10 horas? c) Trace la gráfica de la función n(t). Ejemplo 2 Modelo de enfriamiento de Newton. Modelo de Interés simple y compuesto. Modelos de Crecimiento poblacional. Modelo de desintegración radiactiva.

15 Matemática Básica(Ing.)15 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%. a) Encuentre una función que modele el número de bacterias después de t horas. b) ¿Cuál es el tamaño inicial de la población? c) Estime la población 12 años a partir de ahora. Ejemplo 3 Modelo de enfriamiento de Newton. Modelo de Interés simple y compuesto. Modelos de Crecimiento poblacional. Modelo de desintegración radiactiva.

16 Matemática Básica(Ing.)16 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. Ejemplo 4 Modelo de enfriamiento de Newton. Modelo de Interés simple y compuesto. Modelos de Crecimiento poblacional. Modelo de desintegración radiactiva.

17 Matemática Básica(Ing.)17 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. Modelo de Interés simple y compuesto. Modelos de Crecimiento poblacional. Modelo de desintegración radiactiva.

18 Matemática Básica(Ing.)18 Desintegración radiactiva Se puede demostrar que la masa m(t) que permanece en el tiempo t se modela mediante la función m(t) = m 0 e –rt donde: r = es la tasa de desintegración (expresada como una proporción de la masa que queda). m 0 = es la masa inicial. Modelo de enfriamiento de Newton. Modelo de Interés simple y compuesto. Modelos de Crecimiento poblacional. Modelo de desintegración radiactiva.

19 Matemática Básica(Ing.)19 La masa m(t) que queda de´pués de t días de una muestra de 40 gramos de torio 234 está dada por Ejemplo 1 Modelo de enfriamiento de Newton. Modelo de Interés simple y compuesto. Modelos de Crecimiento poblacional. Modelo de desintegración radiactiva. a)¿Cuánto quedará de la muestra después de 60 días? b)¿Después de cuántos días sólo quedarán 10 gr.? c)Determine la vida media del Torio.

20 Matemática Básica(Ing.)20 El plutonio 210 ( 210 Po) tiene una vida media de 140 días. Suponga que una muestra de sustancia tiene una masa de 300 mg. a) Encuentre una función que modele la cantidad de la muestra que queda en un tiempo t. b) Calcule la masa que queda después de un año. c) ¿Cuánto tiempo tarda la muestra en desintegrarse a una masa de 200 mg? d) Esboce una gráfica que represente la cantidad de masa en función del tiempo. Ejemplo 2 Modelo de enfriamiento de Newton. Modelo de Interés simple y compuesto. Modelos de Crecimiento poblacional. Modelo de desintegración radiactiva.

21 Matemática Básica(Ing.)21 Ejemplo 3 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. Modelo de Interés simple y compuesto. Modelos de Crecimiento poblacional. Modelo de desintegración radiactiva.

22 Matemática Básica(Ing.)22 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 A o, de una muestra de plutonio. Calcule la vida media de ese isótopo, si la rapidez de desintegración es proporcional a la cantidad restante. Ejemplo 4 Modelo de enfriamiento de Newton. Modelo de Interés simple y compuesto. Modelos de Crecimiento poblacional. Modelo de desintegración radiactiva.

23 Matemática Básica(Ing.)23 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.

24 Matemática Básica(Ing.)24 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. Importante

25 Matemática Básica(Ing.)25 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. Ejercicios adicionales


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