Anwendungen von Exponentialfunktionen

Maximum intensity projection (MIP) of a whole-body positron emission tomography (PET) acquisition of a 79 kg female after intravenous injection of 371 MBq of 18F-FDG (one hour prior measurement). By Jens Maus (http://jens-maus.de/) - Own work, Public Domain, https://commons.wikimedia.org/w/index.php?curid=801896
Nuklearmedizin
In der Nuklearmedizin werden radioaktive Präparate eingesetzt, um Krankheiten zu diagnostizieren oder zu therapieren. Diese Präparate werden entweder geschluckt oder injeziert, d.h. das radioaktive Präparat strahlt im Körper und aus dem Körper heraus, und diese Strahlung wird mittels bildgebender Verfahren dargestellt. Bei obigem Tomogramm handelt es sich um eine PET-Aufnahme (Positronen-Emmisions-Tomographie), für die der Patient ein Präparat mit dem radioaktiven Fluor-Isotop 18F erhalten hat. Fluor-18 hat eine Halbwertszeit von 109,771 min, d.h. nach weniger als zwei Stunden sind nur noch halb so viele radioaktive Fluor-Atomkerne vorhanden.
Aufgabe: Zeiten ermitteln
  1. Nach welcher Zeit ist nur noch ein Viertel der Fluor-18-Kerne vorhanden?
  2. Wann kann man mit weniger als einen Promille der ursprünglichen Menge rechnen?
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Aufgabe: Funktion bestimmen 1
Bestimmen Sie die Zerfallskonstante (Wachstumskonstante) k, sodass die Anzahl der noch vorhandenen Fluor-18-Kerne mit folgender Funktion beschrieben werden kann: mit der Anzahl der Kerne N, die zum Zeitpunkt t noch vorhanden sind, und der anfänglichen Menge N0.
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Aufgabe: Funktion bestimmen 2
Nach einer Stunde sind noch Fluor-18-Kerne vorhanden. Ermitteln Sie die anfängliche Anzahl der Kerne, d.h. zum Zeitpunkt , und stellen Sie die Funktionsgleichung auf.
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Bakterienkatastrophe
In einem Gedankenexperiment nehmen wir an, dass Bakterienkolonien stets exponentiell wachsen, d.h. dass es prinzipiell keine Limitierungen gibt, wie z.B. Nahrung, Platz, etc. Jedes unserer Bakterien hat ein Volumen von 1 µm³ und teilt sich jede Stunde einmal. Wann wäre die gesamte Erde mit einer 1 m dicken Bakterienschicht bedeckt?
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Logarithmische Auftragung
Achsen (und kariertes Papier) können auch logarithmisch skaliert werden: Einfach logarithmisches Papier: Doppelt logarithmisches Papier: (Bilder: gezeichnet von Honina 2004, Gemeinfrei, https://commons.wikimedia.org/w/index.php?curid=45831638 und ...=45831662) Weisen Sie nach, dass in einem der beiden Diagramme Graphen von exponentiellen Wachstums- bzw. Zerfallsprozessen als Geraden dargestellt werden. Weisen Sie zudem nach, dass im anderen Diagramm dasselbe für Graphen von Potenzfunktionen gilt.
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