فعالیت ۱ تا ۳ رشد نمایی باکتریها حسابان یازدهم
یک توده باکتری را در محیط کشت در نظر بگیرید. فرض کنید با نمونهگیری از این جامعه، مشخص شده است که **جرم باکتریها در هر ساعت دو برابر میشود**. اگر جرم باکتریها را پس از $t$ ساعت با $m(t)$ نشان دهیم و با ۱ گرم شروع کنیم (یعنی $m(۰) = ۱$)، آنگاه با توجه به جدول، به پرسشهای زیر پاسخ دهید.
جدول (۱):
| $t$ (زمان) (ساعت) | $m(t)$ (جرم باکتریها) |
| :---: | :---: |
| ۰ | ۱ |
| ۱ | ۲ |
| ۲ | ۴ |
| ۳ | ۸ |
| ? | ۱۶ |
| ۵ | ? |
| ۶ | ? |
| $\dots$ | $\dots$ |
| ? | ۱۰۲۴ |
الف) در زمانهای $t = ۵$ و $t = ۶$ جرم باکتریها را به دست آورید.
ب) پس از چند ساعت جرم باکتریها ۲۵۶ گرم میشود؟ پس از چند ساعت به ۱۰۲۴ گرم میرسد؟
پ) آیا از اعداد این جدول میتوان الگویی را برای محاسبه جرم باکتریها در هر زمان به دست آورد؟
پاسخ تشریحی و گام به گام فعالیت ۱ تا ۳ صفحه ۷۲ حسابان یازدهم
سلام! این فعالیت یک مثال کلاسیک از **رشد نمایی** (Exponential Growth) است که در آن، مقدار اولیه با یک نرخ ثابت در دورههای زمانی مساوی (هر ۱ ساعت) رشد میکند. 🦠
**رابطه اصلی**: جرم باکتریها هر ساعت **دو برابر** میشود.
---
### الف) محاسبه جرم در $t=۵$ و $t=۶$
جرم در هر ساعت دو برابر جرم ساعت قبل است:
* **در $t=۴$**: $m(۴) = ۲ \times m(۳) = ۲ \times ۸ = \mathbf{۱۶}$ گرم.
* (این مقدار خانه خالی در سطر پنجم جدول را پر میکند.)
* **در $t=۵$**: $m(۵) = ۲ \times m(۴) = ۲ \times ۱۶ = \mathbf{۳۲}$ گرم.
* **در $t=۶$**: $m(۶) = ۲ \times m(۵) = ۲ \times ۳۲ = \mathbf{۶۴}$ گرم.
**جدول تکمیل شده (بخشی):**
| $t$ (ساعت) | $m(t)$ (گرم) |
| :---: | :---: |
| ۴ | **۱۶** |
| ۵ | **۳۲** |
| ۶ | **۶۴** |
---
### ب) زمان لازم برای رسیدن به ۲۵۶ و ۱۰۲۴ گرم
با توجه به اینکه جرم هر ساعت دو برابر میشود، دنبال توانهایی از ۲ هستیم:
* **برای ۲۵۶ گرم**: $m(t) = ۲۵۶$.
$$۲۵۶ = ۲^t$$
$$۲^۸ = ۲۵۶ \implies \mathbf{t = ۸ \quad \text{ساعت}}$$
* **برای ۱۰۲۴ گرم**: $m(t) = ۱۰۲۴$.
$$۱۰۲۴ = ۲^t$$
$$۲^{۱۰} = ۱۰۲۴ \implies \mathbf{t = ۱۰ \quad \text{ساعت}}$$
* (این مقدار خانه خالی در سطر آخر جدول را پر میکند.)
---
### پ) یافتن الگو برای محاسبه جرم در هر زمان
**بله، میتوان الگویی به دست آورد.**
اگر به رابطه بین $t$ و $m(t)$ در جدول نگاه کنیم:
| $t$ (زمان) | $m(t)$ (جرم) | $\mathbf{m(t)}$ به صورت توان ۲ |
| :---: | :---: | :---: |
| ۰ | ۱ | $۲^۰$ |
| ۱ | ۲ | $۲^۱$ |
| ۲ | ۴ | $۲^۲$ |
| ۳ | ۸ | $۲^۳$ |
| $ots$ | $ots$ | $ots$ |
| ۱۰ | ۱۰۲۴ | $۲^{۱۰}$ |
**الگوی کلی (ضابطه تابع)**: جرم باکتریها ($m$) در زمان ($t$) برابر است با $۲$ به توان $t$.
$$\mathbf{m(t) = ۲^t}$$
**توضیح**: این الگو یک **تابع نمایی** است که در آن، متغیر ($t$) در توان قرار گرفته است و نرخ رشد ثابت (پایه ۲) را نشان میدهد. این تابع مدل ریاضی برای رشد جرم باکتریها در هر زمان $t$ است.