Bakterievekst i avfall
Ved en avfallsplass vil det i et spesifikt avfall utvikles en bakteriekultur. Ved naturlig vekst vil antall bakterier \(N\) (i millioner) være gitt ved
Her er \(t\) antall dager etter at avfallet ble levert.
Dersom antall bakterier overstiger 15 millioner, regnes avfallet som helsefarlig.
- Hvor lang tid tar det før avfallet blir helsefarlig dersom bakteriekulturen vokser naturlig?
For å dempe bakterieveksten tilsettes det en gitt mengde av et stoff. Antall bakterier i avfallet vil da følge modellen \(B\) gitt ved
- Avgjør om avfallet noen gang vil bli helsefarlig dersom denne mengden av stoffet tilsettes.
- Når øker antall bakterier raskest ifølge modellen \(B\)? Hvor stor er bakterieveksten per dag da?
Bedriften ønsker å redusere stoffmengden som tilsettes.
En generell modell \(S\) for antall bakterier etter \(t\) dager er gitt ved
Her er \(k\) en konstant som er avhengig av hvor mye stoff som tilsettes.
- Hva er den laveste verdien \(k\) kan ha, dersom avfallet ikke skal bli helsefarlig?
a) Ca. \(8{,}4\) dager
b) Ja, \(B_{\text{maks}} \approx 17{,}1 > 15\)
c) Etter ca. \(10{,}4\) dager, vekst ca. \(1{,}47\) millioner per dag
d) \(k \approx 0{,}0105\)
Vi definerer funksjonene i GeoGebra CAS, se utklipp under.

a
Vi løser \(N(t) = 15\) i CAS (linje 2):
Se TidHelsefarlig i utklippet: \(t \approx 8{,}37\).
Avfallet blir helsefarlig etter ca. \(\underline{\underline{8{,}4 \text{ dager}}}\).
b
Eksponenten i \(B(t) = 0{,}8 \cdot e^{0{,}35t - 0{,}01t^2}\) har maksimum når
Se MaksB i linje 4: \(B(17{,}5) \approx 17{,}1\).
Siden \(17{,}1 > 15\), vil avfallet bli helsefarlig også med denne mengden stoff.
c
Antall bakterier øker raskest i vendepunktet til \(B\). Se linje 5 i CAS:
Veksten per dag i dette punktet finner vi ved å evaluere \(B'(10{,}43)\). Se VekstVendepunkt i linje 7:
Bakteriene øker raskest etter ca. \(\underline{\underline{10{,}4 \text{ dager}}}\), og veksten er da ca. \(\underline{\underline{1{,}47 \text{ millioner per dag}}}\).
d
Eksponenten i \(S(t) = 0{,}8 \cdot e^{0{,}35t - kt^2}\) har maksimum for \(t = \frac{0{,}35}{2k}\). Den største verdien av \(S\) er
For at avfallet ikke skal bli helsefarlig, må \(S_{\text{maks}} \leq 15\):
Se linje 8 i CAS: \(k \approx 0{,}01045\).
Den laveste verdien \(k\) kan ha er \(\underline{\underline{k \approx 0{,}0105}}\).