Enunciado

Um habitante comum do intestino humano e a bactéria Escherichia coli. Uma célula desta bactéria em um meio nutriente líquido se divide em duas células a cada 20 minutos. A população inicial de cultura é de 60 celulas.

(a) Encontre a taxa de crescimento relativa.

(b) Encontre uma expressão para o número de células depois de t horas.

(c) Encontre o número de células depois de 8 horas.

(d) Encontre a taxa de crescimento depois de 8 horas.

(e) Quando a população atingirá 20000 células?

Passo 1

E aí, vamo que vamo! )

Nesse enunciado temos um problema com taxa de crescimento relativa, uma célula da bactéria Escherichia coli se divide em duas a cada 20 minutos e a sua população inicial é de 60 células.

A primeira coisa que precisamos fazer é encontrar a taxa de crescimento relativa. Se chamarmos P ( t ) a população de bactérias em função do tempo ( t ) em horas e k ,sendo a taxa de crescimento relativa temos:

k = P ' t P t

Ou também pode ser escrita como:

d P d t = k P

Pelo Teorema 2, toda vez que nos deparamos com uma função do tipo d y d t = k y devemos saber que as únicas soluções desse tipo de equação diferencial são as exponenciais do tipo:

y t = y 0 e k t

Passo 2

Agora precisamos identificar as variáveis do problema:

k = ?  

y t = P t

Como o valor inicial da população é de 60 bactérias:

y 0 = P 0 = 60

Sabemos que a cada 20 minutos, a população dobra, ou seja, a população de 60 indivíduos vira 120 nos primeiros 20 minutos que é 1 3 de hora, então:

P 1 3 = P 0 e k 1 3

120 = 60 e k 3

e k 3 = 2

Podemos elevar ambos os membros da equação ao cubo:

e k = 8

Aplicando o logaritmo natural temos:

ln ⁡ e k = ln ⁡ 8

k ln ⁡ e = ln ⁡ 8  

Como ln ⁡ e = 1 :

k = ln ⁡ 8

Logo, taxa de crescimento relativa corresponde a ln ⁡ 8 .

Passo 3

Na letra (b) vamos escrever uma função para o número de células depois de t horas. Para isso basta apenas aplicar os dados obtidos:

P t = P 0 e k t

P t = 60 e ln ⁡ 8 t

Como e ln ⁡ a = a , e x a b = x a b , então:

P t = 60 e ln ⁡ 8 t = 60 ( 8 t )

Logo, a função que representa a população de bactérias é: P t = 60 × 8 t .

Passo 4

(c) Para encontrar o número de células depois de 8 horas é só achar P 8 :

P 8 = 60 × 8 8

P 8 = 1006632960 .

Passo 5

(d) Para encontrar a taxa de crescimento depois de 8 horas precisamos derivar a função obtida e resolver para t = 8 :

P t = 60 × 8 t

P ' t = 60 × 8 t * ln ⁡ 8

P ' 8 = 60 × * ln ⁡ 8

P ' 8 = 2093234394 .

Passo 6

(e) A população chega a 20000 células quando P t = 20000 , então:

P t =   60 × 8 t = 20000

8 t = 1000 3

l n ⁡ ( 8 t ) = ln ⁡ 1000 3

t * ln ⁡ 8 = ln ⁡ 1000 3

t = ln ⁡ 1000 3 ln ⁡ 8

t = 2,79   h

Prontinho!!!

Resposta

(a) k = ln ⁡ 8 .

(b) P t = 60 × 8 t .

(c) P 8 = 1006632960 bactérias.

(d) P ' 8 = 2093234394 bactérias por hora.

(e) t = 2,79 horas.

Ver Outros Exercícios desse livro

Exercícios de Livros Relacionados

Nos exercícios 1 a 22 encontre a derivada das funções dadas. A seguir, comparar os resultados encontrados com os resultados obtidos a partir do uso de um software algébrico.22. f x = 1 2 x 4 + 2 x 6
Nos exercícios 1 a 22 encontre a derivada das funções dadas. A seguir, comparar os resultados encontrados com os resultados obtidos a partir do uso de um software algébrico.20. f x = x - a 2 x - b
Dadas as funções f x = x 2 + A x e g x = B x . Determinar A e B de tal forma que f ' x + g ' x = 1 + 2 x f x - g x = x 2
Nos exercícios 1 a 22 encontre a derivada das funções dadas. A seguir, comparar os resultados encontrados com os resultados obtidos a partir do uso de um software algébrico.19. f x = x + 1 x + 2 ( 3 x
Encontrar a equação das retas tangentes à curva y = x - 1 x + 1 que sejam paralelas à reta y = x . Usando uma ferramenta gráfico, esboçar o gráfico da curva, da reta dada e das tangentes encontradas.