Wachstumsformel in der Mathematik

Wachstumsprozesse - was ist das in der Mathematik?

• Jeder kennt die berühmte Aufgabe, bei der auf das erste Feld eines Schachbretts ein Reiskorn gelegt wird. Auf jedem nachfolgenden Feld verdoppelt sich die Anzahl der Reiskörner. Was als Lohn für eine besonders gute Goldschmiedearbeit gedacht war, macht den König als Zahlenden schon nach überraschend wenigen Feldern arm, denn die Zahl der Körner wächst rasant.
• Auch andere Prozesse wie der Platzbedarf einer Bakterienkultur oder die epidemische Zunahme von Erkrankten, bei denen sich eine feste Ausgangszahl nicht nur verdoppeln, sondern sogar vervielfachen kann, sind als Wachstumsprozesse beziehungsweise als exponentielles Wachstum bekannt.
• Gemeinsam ist all diesen Prozessen, dass sich nach immer festgelegten Zeiten die Anzahl verdoppelt, verdreifacht beziehungsweise vervielfacht hat.

Die Wachstumsformel für ein Beispiel aufstellen

• In der Mathematik lässt sich exponentielles Wachstum mit einer Exponentialfunktion f(x) = C _* a^x beschreiben. In diesem Fall kann x die Zeit, aber auch jede andere Größe sein. C ist die Anfangsmenge und a der Vervielfacher, der in der Mathematik Basis der Exponentialfunktion genannt wird. f(x) gibt dann die Anzahl zur Zeit x an.
• Man könnte diese Funktion auch als Wachstumsformel bezeichnen, denn mit ihr lassen sich prinzipiell alle Sachverhalte des Wachstums berechnen. Ein Beispiel soll diesen Sachverhalt erläutern. Angenommen, Sie haben eine Hefekultur, die mit einer Anzahl von 20 Zellen zur Zeit x = 0 startet. Also gilt C = 20. Hat sich nach einer Stunde die Anzahl der Zellen verdreifacht, so gilt a = 3 und Sie haben die Wachstumsformel f(x) = 20 _* 3^x.
• Mit ihr lässt sich die Anzahl der Zellen zu jedem beliebigen Zeitpunkt berechnen. Nach zehn Stunden (x = 10 einsetzen) haben Sie f(10) = 20 _* 3¹⁰ = 1.180.980 Zellen, also bereits über eine Million. Merken Sie, wie schnell so etwas wächst?