Influensaepidemi og logistisk vekst
En influensaepidemi bryter ut på en videregående skole med 1000 elever. I starten er det få smittede, men antallet øker raskt. Antallet smittede elever \(S(t)\) etter \(t\) dager er tilnærmet gitt ved
- Hvor lang tid tar det før 100 elever er smittet?
- På hvilket tidspunkt blir flest elever smittet, og hvor raskt sprer smitten seg da?
- Undersøk om \(S\) har asymptoter, og forklar hvilken praktisk tolkning asymptotene eventuelt har.
a) \(\underline{\underline{t \approx 8{,}80 \text{~dager}}}\)
b) \(\underline{\underline{t \approx 11{,}11 \text{~dager}}}\), maks smittehastighet \(\underline{\underline{S'(t) = 22{,}5 \text{~elever/dag}}}\)
c) Horisontal asymptote \(y = 0\) og \(y = 300\). Praktisk tolkning: maksimalt 300 elever (30 % av skolen) smittes ifølge modellen.

a
Vi skal finne \(t\) slik at \(S(t) = 100\).
Vi setter opp likningen og løser i GeoGebra CAS (se linje 2):

Vi kan også løse algebraisk:
Det tar omtrent \(\underline{\underline{8{,}80 \text{~dager}}}\) før 100 elever er smittet.
b
For en logistisk funksjon \(S(t) = \dfrac{K}{1 + A \cdot e^{-rt}}\) er vekstraten størst når \(S = \dfrac{K}{2}\).
Her er \(K = 300\), så maks veksthastighet inntreffer når \(S = 150\).
Vi setter \(S(t) = 150\):
Maks veksthastighet kan beregnes med formelen \(S'_{\max} = \dfrac{r \cdot K}{4}\) (se linje 4 i CAS):
Flest elever smittes rundt dag \(\underline{\underline{11{,}11}}\), og smittehastigheten er da \(\underline{\underline{22{,}5 \text{~elever/dag}}}\).
c
En horisontal asymptote er en verdi som \(S(t)\) nærmer seg, men aldri når, når \(t \to \pm\infty\).
Når \(t \to +\infty\): \(e^{-0{,}3t} \to 0\), slik at
Horisontal asymptote: \(y = 300\) (se grønn linje i figuren).
Når \(t \to -\infty\): \(e^{-0{,}3t} \to +\infty\), slik at
Horisontal asymptote: \(y = 0\).
Praktisk tolkning:
- Asymptoten \(y = 0\) beskriver situasjonen før epidemien begynte — ingen er smittet i starten (når \(t \to -\infty\) i matematisk forstand).
- Asymptoten \(y = 300\) betyr at maks 300 av skolens 1000 elever smittes ifølge modellen. Det tilsvarer 30 % av elevene. Smitten stopper altså av seg selv før hele skolen er rammet.