Vannreservoar med eksponentiell funksjon
Et gammelt vannreservoar lekker vann. Mengden vann i reservoaret \(V\) er gitt ved
Her er \(t\) antall timer etter lekkasjen startet, og mengden vann er målt i antall liter.
- Hvor lang tid vil det gå før vannmengden er halvert?
- Bestem \(V'(12)\) og \(V''(12)\). Gi en praktisk tolkning av svarene.
- Undersøk om \(V\) har asymptoter, og gi en praktisk tolkning av verdien til eventuelle asymptoter.
a) \(\underline{\underline{t \approx 10{,}63 \text{~timer} \approx 10 \text{~timer og } 38 \text{~min}}}\)
b) \(\underline{\underline{V'(12) \approx -302{,}2 \, \mathrm{L/time}}}\), \(\underline{\underline{V''(12) \approx 21{,}15 \, \mathrm{L/time^2}}}\)
Lekkasjehastigheten er ca. 302 liter per time ved \(t = 12\), og denne avtar over tid.
c) Horisontal asymptote \(y = 500\).
Reservoaret vil i det lange løp ha 500 liter vann (aldri tømmes helt).
Grafen under viser \(V(t)\) med halveringspunktet og asymptoten:

CAS-beregninger (se alle steg i bildet under):

a
Startmengden er \(V(0) = 10000 \cdot e^{0} + 500 = \mathbf{10\,500} \, \mathrm{L}\) (se linje 2 i CAS).
Halvparten av startmengden er \(\dfrac{10\,500}{2} = 5\,250 \, \mathrm{L}\).
Vi løser likningen \(V(t) = 5250\) (se linje 3 i CAS):
Se HalveringPkt = (10{,}63,\ 5250) i grafen.
b
Vi deriverer \(V(t) = 10000 \cdot e^{-0{,}07t} + 500\) (se linjene 4–7 i CAS):
Verdiene ved \(t = 12\):
Praktisk tolkning:
- \(V'(12) \approx -302{,}2 \, \mathrm{L/time}\): Etter 12 timer lekker reservoaret ut ca. 302 liter per time. Fortegnet er negativt fordi vannmengden avtar.
- \(V''(12) \approx 21{,}15 \, \mathrm{L/time^2} > 0\): Den andrederiverte er positiv, noe som betyr at lekkasjehastigheten avtar (funksjonen er konveks). Vannet lekker stadig saktere etter hvert som tiden går.
Se T12pkt = (12,\ 4817{,}11) i grafen.
c
Vi undersøker grenseverdiene til \(V(t)\):
Siden \(e^{-0{,}07t} \to 0\) når \(t \to \infty\), har \(V\) en horisontal asymptote \(y = 500\).
For \(t \to -\infty\) gjelder \(e^{-0{,}07t} \to \infty\), så \(V(t) \to \infty\) — ingen asymptote der.
Se den grønne linjen Asymptote: y = 500 i grafen.
Praktisk tolkning: I det lange løp vil vannmengden i reservoaret nærme seg 500 liter, men aldri komme under det. Dette betyr sannsynligvis at lekkasjen stopper når vannstanden synker til et bestemt nivå (f.eks. fordi hullet befinner seg 500 liter over bunnen av reservoaret).