A população de peixes no lago Bass cresceria exponencialmente se não fosse pelo fato de que o número depescadores também está aumentando exponencialmente. O Departamento de Recursos Naturais realizou um estudo e concluiu que a população futura de peixes pode ser modelada pelo problema de valor inicial dy/dx= 70 e^0,14t - 120e^0,03t, y(0)= 3700, onde y é a população de peixes e t é o tempo( em anos) a partir da data do relatório. Se este modelo estiver correto, quantos peixes haverá no lago 15 anos após o relatório? (Adote : e= 2,72)
Y(t) = é a função da população em relação ao tempo( em anos), logo de
Y(t) = ∫dy = (70e^0,14t - 120e^0,03t)dt com Y(0) = 3700
Y(t) = 70/0,14e^0,14t - 120/0,03e^0,03t +k
Y(t) = 500e^0,14t - 4000e^0,03t +k => 3700 = 500e^0,14*0 - 4000e^0,03*0 +k => k = 7200
Y(t) = 500e^0,14t - 4000e^0,03t+7200
Agora é so encontrar Y para t=15 anos
Y(15) = 500e^0,14*15 - 4000e^0,03*15+7200
Y(15) ≅ 5010 peixes
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O modelo proposto para a população de peixes é dado pela seguinte equação diferencial:
\[\dfrac{dy}{dt}=70e^{0,14t}-120e^{0,03t},\ \ \ \ y(0)=3700\]
Vamos integrar a equação diferencial para obter o número de peixes em função do tempo:
\[\int\dfrac{dy}{dt}dt=\int70e^{0,14t}-120e^{0,03t}dt\]
\[y(t)=\dfrac{70}{0,14}e^{0,14t}-\dfrac{120}{0,03}e^{0,03t}+C\]
\[y(t)=500e^{0,14t}-4000e^{0,03t}+C\]
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Para as condições iniciais, temos:
\[y(0)=500-4000+C=3700\Rightarrow C=7200\]
O que nos leva a função exata:
\[y(t)=7200+500e^{0,14t}-4000e^{0,03t}\]
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Queremos a população 15 anos depois:
\[y(15)=7200+500e^{0,14\cdot15}-4000e^{0,03\cdot15}\]
\[y(15)=7200+500e^{2,1}-4000e^{0,45}\]
Tomando \(e=2,72\), como pedido no exercício, temos:
\[y(15)=7200+500\cdot2,72^{2,1}-4000\cdot2,72^{0,45}\]
\[y(15)\approx7200+500\cdot8,177-4000\cdot1,569\]
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Teremos então, em 15 anos:
\[\boxed{y(15)\approx5013}\]
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