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Cálculo integral y aplicaciones
Problema
2020 · Ordinaria · Reserva
4
Examen
EJERCICIO 4

El número de bacterias en un determinado cultivo viene dado por la función B(t)B(t), donde tt representa el tiempo en horas, con 0t70 \le t \le 7. La variación instantánea en la población de bacterias en el cultivo viene dada por la derivada de la función BB, cuya expresión es B(t)=50000e2tB'(t) = 50\,000 \cdot e^{2t}.

a) ¿Existe algún instante tt en el que el número de bacterias en el cultivo comience a decrecer?b) Obtenga la expresión de la función B(t)B(t), sabiendo que en el instante t=0t = 0 el número de bacterias en el cultivo era de 4000040\,000.c) ¿Cuál es el número de bacterias en el cultivo a la hora y media?
DerivadasIntegralesCrecimiento poblacional
EJERCICIO 4
a) ¿Existe algún instante tt en el que el número de bacterias en el cultivo comience a decrecer?

Para determinar si el número de bacterias disminuye en algún momento, debemos estudiar el crecimiento de la función B(t)B(t) a través de su derivada B(t)B'(t). Una función es decreciente en los intervalos donde su derivada es negativa.

B(t)=50000e2tB'(t) = 50\,000 \cdot e^{2t}

En esta expresión, la constante 5000050\,000 es un valor positivo. La función exponencial e2te^{2t} es estrictamente positiva para cualquier valor real de tt. Por tanto, el producto de ambos términos siempre será positivo:

B(t)>0,t[0,7]B'(t) > 0, \quad \forall t \in [0, 7]

Al ser la derivada estrictamente positiva en todo el intervalo dado, la función B(t)B(t) es siempre creciente. En consecuencia, no existe ningún instante en el que el número de bacterias en el cultivo comience a decrecer.

b) Obtenga la expresión de la función B(t)B(t), sabiendo que en el instante t=0t = 0 el número de bacterias en el cultivo era de 4000040\,000.

La función B(t)B(t) se obtiene calculando la primitiva de la función de variación instantánea B(t)B'(t) mediante integración:

B(t)=50000e2tdtB(t) = \int 50\,000 \cdot e^{2t} \, dt
B(t)=50000e2tdt=50000e2t2+CB(t) = 50\,000 \int e^{2t} \, dt = 50\,000 \cdot \frac{e^{2t}}{2} + C
B(t)=25000e2t+CB(t) = 25\,000 \cdot e^{2t} + C

Para hallar la constante de integración CC, utilizamos el dato del valor de la población en el instante inicial t=0t = 0:

B(0)=25000e20+C=40000B(0) = 25\,000 \cdot e^{2 \cdot 0} + C = 40\,000
250001+C=40000    C=1500025\,000 \cdot 1 + C = 40\,000 \implies C = 15\,000

Sustituyendo el valor de CC, obtenemos la expresión final de la función:

B(t)=25000e2t+15000B(t) = 25\,000 \cdot e^{2t} + 15\,000
c) ¿Cuál es el número de bacterias en el cultivo a la hora y media?

Para calcular la población a la hora y media, evaluamos la función B(t)B(t) en el instante t=1,5t = 1,5 horas:

B(1,5)=25000e21,5+15000B(1,5) = 25\,000 \cdot e^{2 \cdot 1,5} + 15\,000
B(1,5)=25000e3+15000B(1,5) = 25\,000 \cdot e^{3} + 15\,000

Utilizando el valor aproximado e320,0855e^3 \approx 20,0855:

B(1,5)2500020,0855+15000=502137,5+15000=517137,5B(1,5) \approx 25\,000 \cdot 20,0855 + 15\,000 = 502\,137,5 + 15\,000 = 517\,137,5

El número de bacterias a la hora y media es de aproximadamente 517138517\,138 bacterias.