Lineares und exponentielles Wachstum im Vergleich Beim Wachstum einer Größe ist oft von Interesse, welche Werte diese Größe nach einer bestimmten Anzahl von gleichbleibenden Schritten - oft Zeitschritten - annimmt. Ein Zeitschritt kann je nach Sachzusammenhang (z. B. Bakterienwachstum oder radioaktiver Zerfall) wenige Sekunden oder viele Jahre dauern. Lineares Wachstum Die Größe y ändert sich in jedem Schritt um den Betrag a Betrag der Differenz zweier aufeinanderfolgender y-Werte. Exponentielles Wachstum Die Größe y ändert sich in jedem Schritt mit dem Wachstumsfaktor b Quotient zweier aufeinanderfolgender y-Werte
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Diese ist eine lineare Funktion, in diesem Beispiel $f$ mit $f(x)=200\cdot x+3500$. Zusammenfassend kannst du lineares Wachstum so untersuchen:
Aufeinanderfolgende Werte unterscheiden sich immer um den gleichen Betrag. Die Darstellung in einem Koordinatensystem ist eine Gerade. Die zugehörige Funktionsgleichung ist eine lineare Funktion. Eigenschaften von exponentiellem Wachstum
Exponentielles Wachstum liegt vor, wenn sich eine Größe in jeweils gleichen Abschnitten immer um denselben Faktor verändert. Auch hierfür schauen wir uns noch einmal das Beispiel von Herrn Oskar an: Dieses Mal sagt der Arbeitgeber, dass sein Lohn jedes Jahr um $8~\%$ zunimmt. Daraus ergibt sich die folgende Wertetabelle:
Wenn du umgekehrt eine solche Tabelle vorliegen hast und entscheiden sollst, ob lineares oder exponentielles Wachstum vorliegt, kannst du die Differenzen sowie die Quotienten zweier aufeinanderfolgender Größen untersuchen. Hier beschränken wir uns auf die Quotienten:
Wert im Jahr $1$ geteilt durch Wert im Jahr $0$: $3780~\text{€}:3500~\text{€}=1, 08$
Wert im Jahr $2$ geteilt durch Wert im Jahr $1$: $4082~\text{€}:3780~\text{€}\approx 1, 08$
Wert im Jahr $3$ geteilt durch Wert im Jahr $2$: $4409~\text{€}:4082~\text{€}\approx 1, 08$
Du siehst, der Quotient ist immer (ungefähr) gleich.
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Sie versuchen in kurzer Zeit eine große Population zu schaffen. Beispieltierarten sind Feldmäuse, Kaninchen und Insektenarten. © Malin Bertram
Vor allem im Schulunterricht haben Sie bestimmt schon einmal die Begriffe "linear" und "exponentiell" gehört. Diese mathematischen Begrifflichkeiten werden häufig bei naturwissenschaftlichen oder wirtschaftlichen Szenarien wie dem Wachstum oder dem Schrumpfen eines Werts verwendet, wobei es einen entscheidenden Unterschied zwischen beiden Begriffen gibt. Der Wert x ist der variable Wert bei Linear- und Exponentialfunktionen. Der grundsätzliche Unterschied
Die Darstellung eines Wachstums, also der Zunahme einer Größe in einem bestimmten Zeitraum, oder eines Schrumpfens, also der Abnahme, wird meist mithilfe einer linearen oder exponentiellen Funktion dargestellt. Der größte Unterschied der beiden Funktionen besteht darin, dass sich bei einem exponentiellen Wachstum die Größen exponentiell ändern. Wie Sie wahrscheinlich noch aus der Schule her kennen, bedeutet dies, dass eine Funktion zum Beispiel wie folgt aussehen könnte: f(x) = a x. Im Gegensatz dazu steigt eine lineare Funktion stetig um einen bestimmten Wert und lässt sich einfach berechnen, weshalb oft versucht wird, komplexe Sachverhalte in eine lineare Funktion vereinfacht darzustellen.
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Aber alle 2 Minuten haben wir
eine Änderung mit dem Faktor 0, 8, also haben wir ein Exponentialmodell. Du weißt also, dass es eine
dieser beiden Möglichkeiten ist. Diese hier kannst du ausschließen, da wir keine minütliche Veränderung
um einen Faktor von 0, 81 haben. Wir haben eine Veränderung um
einen Faktor von 0, 81 alle 2 Minuten, diese Möglichkeit fällt also raus. Hier siehst du, dass, wenn wir jede Minute
eine Änderung um einen Faktor von 0, 9 haben, das eine Änderung von 0, 81 alle 2 Minuten ist, was sehr nahe dran ist, an dem was wir hier sehen, nämlich eine Änderung um einen Faktor
von ungefähr 0, 8 oder 0, 81 alle 2 Minuten. Deshalb nehmen wir Antwortmöglichkeit 1.
Die Änderung von 10 € auf 15 € kann man auf zwei Arten rechnen: 10 € + 5 € = 15 € 10 € · 1, 5 = 15 € Beispiel 2. Jede Person, die mit COVID-19 infiziert ist, steckt am Tag 1, 5 weitere Personen an und wird dann gesund. Es gibt 10 Infizierte. Am nächsten Tag gibt es dann 15 Infizierte. Die Änderung von 10 Infizierte auf 15 Infizierte kann man auf zwei Arten rechnen: 10 Infizierte + 5 Infizierte = 15 Infizierte 10 Infizierte · 1, 5 = 15 Infizierte Der entscheidende Unterschied zwischen exponentiellem Wachstum und linearem Wachstum ist folgender: In der ersten Rechnung von Beispiel 1 gelten die "+5" egal wieviele Getränke ich schon intus habe. Auch wenn ich schon 30 € bezahlen muss, muss ich beim Kauf eines weiteren Getränkes 30 € + 5 € = 35 € bezahlen. Der Faktor "·1, 5" gilt dann aber nicht mehr. Es ist nämilch nicht 30 € · 1, 5 = 35 €. Deshalb handelt es sich bei Beispiel 1 um sogenanntes lineares Wachstum. In der zweiten Rechnung von Beispiel 2 gelten die "·1, 5" egal wieviele Infizierte es im Moment gibt.