Der Knobelthread

Diskutiere Der Knobelthread im Smalltalk und Offtopic Forum im Bereich Community; Meditiere mal über das Integral und du wirst vielleicht sehen, dass man es unter Umständen vielleicht auch ganz ohne Taschenrechner lösen kann...
Serpel

Serpel

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Mit der Kreisformel ist es banal, weil der erste Summand zusammen mit der Wurzel eine ungerade Funktion ist, deren Integral mit symmetrischen Grenzen verschwindet. Der andere Summand (1/2) kann vors Integral gezogen werden, so dass man die Hälfte der Fläche eines Halbkreises mit Radius 2 berechnen muss. Man erhält somit 1/2*(1/2*pi*2^2) = pi als Wert des gesamten Integrals.

Ist ne recht banale Aufgabe ... :nerd:

Gruß
Serpel
 
Ziegenpeter

Ziegenpeter

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Ist ne recht banale Aufgabe ... :nerd:

Gruß
Serpel
Die Lösung ist korrekt. Habe ich je behauptet es sei schwierig? Durfte es ja auch nicht sein, weil es tatsächlich den Zugang zum WLAN freigegeben hat und man die Leute nicht vom WLAN aussperren wollte.

Trotzdem finde ich die Klassifizierung als ‘banal’ als etwas abgehoben, um nicht zu sagen ‘hochnäsig’, weil glaube ich jedem klar ist, dass so etwas nur für denjenigen
‘banal’ sein kann, der die entsprechende mathematische Vorbildung und etwas Übung hat (das war bei der Veranstaltung gegeben) und die hat nicht jeder und das ist auch kein Problem.

Also hier die Herleitung nachvollziehbar:

Die zu integrierende Funktion kann man ausmultiplizieren und erhält dann 2 Summanden:

x^3 * cos(x/2) * Wurzel(4-x^2) + 1/2 * Wurzel(4-x^2)

Der linke Summand ist eine ungerade Funktion, d.h. Wenn man sie zeichnet, sieht man, dass sie punktsymmetrisch zum Punkt (0,0) des Koordinatensystems ist. Das bedeutet dann, dass der Wert eines Integrals auf diese Funktion in einem symmetrischem Bereich um den Punkt (0,0) immer Null ergeben wird, die Fläche hebt sich auf.

09B2660C-A51C-4D97-96AD-7309181B3BCA.jpeg


Dieser Summand kann also für das Integral in den Grenzen [-2,2] vernachlässigt werden.

Beim rechten Summanden kann man 1/2 vor das Integral ziehen und im Integral verbleibt Wurzel(4-x^2) und das ist im Intervall [-2,2] eine Instanz der Kreisformel (Halbkreis mit Radius 2):

C3599555-E0A5-4848-9DD4-585A4EE3B199.jpeg


Die Formel für die Fläche eines Kreises lautet pi*r^2. Wir müssen die Fläche des Halbkreises mit Radius 2 berechnen und davon die Hälfte nehmen: pi*2^2 / 2 / 2 = pi.

Das gesuchte Passwort ist 3141592653
 
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Serpel

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Trotzdem finde ich die Klassifizierung als ‘banal’ als etwas abgehoben, um nicht zu sagen ‘hochnäsig’ ...
Entschuldige, wenn das so rüber gekommen ist, ich meinte das im Sinn von "trivial" (was ja nicht stimmt und deswegen hab ich das Wort hier vermieden), um anzudeuten, dass man die Lösung nicht allzu weit in der Tiefe suchen muss.

Gruß
Serpel
 
G

Gast 23088

Gast
Da es hier ja nicht weitergeht, bin ich mal so frei:

Ein Fischbestand wachse pro Jahr gemäß folgender (logistischer) Wachstumsfunktion:

N°(N) = (s/M)N(M-N)

wobei N die Populationsgröße ist, N° die Wachstumsgeschwindigkeit (abhängig von der Populationsgröße), s ein artspezifischer Wachstumsparameter und M die Maximalpopulation.

Es sei s = 0,5 und M = 10.000 - wieviel Fische kann man dann jährlich dauerhaft maximal fangen, ohne den Bestand auszurotten?

Bonusfrage (für Serpel und Ziegenpeter :) ): angenommen, die Fangkosten seien Null und der Zins betrage 5% - welche jährliche Fangmenge würde den Gegenwartswert des Fischgrundes maximieren? (Edit: Zusatzannahme: Fischpreis auf 1 normiert).
 
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Serpel

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Maximale Fangquote: 1250 bei einer dauerhaften Population von 5000 Fischen.

Gruß
Serpel
 
G

Gast 23088

Gast
Jepp, das war der einfache Teil:

Die maximale dauerhafte Fangmenge (MSY, Maximum Sustainable Yield) entspricht dem höchsten Zuwachs N°, dieser folgt formal aus Maximierung der Wachstumsfunktion:

Hier: N°(N) = 0,5/10000N(10000-N) = 0,5N-0,00005N^2

dN°/dN = 0,5-0,0001N = 0, also N = 5000 (=N/2)

das zugehörige N° ist dann 0,5*5000 – 0,00005*5000^2 = 1.250

Die Aufgabe ist (analog zu Ziegenpeters Integralaufgabe) dann einfach („banal“), wenn man weiß, dass bei dieser einfachen logistischen Wachstumsfunktion das max. N° bei N/2 liegt und damit sM/4 beträgt.

Möchte sich noch jemand an der Bonusaufgabe versuchen?

Ich gebe auch noch einen Hinweis: Der Gegenwartswert (Present Value, PV) beträgt:

PV = M-N + N°/i – N°k/Ni – k(lnM – lnN)

Ansonsten Serpels Spiel!
 
Serpel

Serpel

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Hab grad keine Zeit - muss mit Maske Einkaufen gehen - daher Freispiel!

Gruß
Serpel
 
Serpel

Serpel

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Ja. Hoffentlich sieht mich keiner ...

Gruß
Serpel
 
Raubritter

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Ich kann aufgrund mangelnder Hirnmasse Euren Ausführungen weder folgen noch die Lösung lesen....

Zwischendurch die Frage an die Mathematiker wenn es erlaubt ist:

Welche Gedanken habt Ihr bei der Zahlenfolge:
2 5 1 8 9 3
 
G

Gast 23088

Gast
o.k., da ich jetzt gleich (und morgen ganztägig) arbeiten muss, löse ich die Bonusaufgabe mal auf:

Die Lösung ist für Eingeweihte auch einfach, weil für den max. Gegenwartswert bei k=0 gilt

N=M/2(1-i/s), im Beispiel also 10000/2(1-0,05/0,5) = 4500 und damit die Fangrate 1237,5

(Der Quotient i/s ist die Bionomic Growth Ratio, eine wichtige Größe in der Ressourcenökonomik).

Die Herleitung ist aber m.E. für nicht Eingeweihte alles andere als banal, sie folgt der Maximierung des Gegenwartswertes (Present Value, PV). Diesen erhält man über Lösung der Integrale der künftigen Erlöse und der künftigen Kosten.

Für einmaligen Fang von M auf das (zu berechnende optimale) N, sog. Most Rapid Approach Path, gilt (bei Fischpreis von 1):

PV = M-N + w – K1 – K2

M-N ist der Wert des Einmalfangs (Fischmenge mal Preis 1),

w ist der Wert aller künftigen Fänge, = Integral 0 bis unendlich(N°e^-iT)dT = N°/i

K1 sind die Kosten aller künftigen Fänge = Integral 0 bis unendlich(N°k/N e^-iT)dT = N°k/Ni

und K2 Kosten des Einmalfangs) = Integral t* bis unendlich(N°k/N)dt = k(lnM – lnN)

Somit gilt:

PV = M-N + N°/i – N°k/Ni – k(lnM – lnN) (das hatte ich als zusätzlichen Hinweis gegeben)

Ableitung nach t ergibt dPV/dt = -N° + kN°/N + N°°/i – k/i(N°°/N – N°^2/N^2)

Nullsetzen und Umformen ergibt: N°(k/N-1)=1/i[k(N°°/N - N°^2/N^2) – N°°]

Und dann für k=0: -N° = 1/i(-N°°) bzw. nach Umformung i = N°°/N°

(Hätte man natürlich einfacher haben können, wenn man die Summanden mit k vor dem Ableiten eliminiert hätte, aber ich wollte die allgemeine Lösung präsentieren).

Für die Ableitungen N° und N°° muss man zunächst über Lösung der Differentialgleichung (log. Wachstumsfunktion) die Funktion N(t) herleiten und diese dann zweimal nach t ableiten.

Es gilt: N(t) = M/(1+be^-st) mit 1/b =: e^c

Dann ist N°(t) = (Mbse^-st)/((1+be^-st)^2)

und N°°(t) = (Mbs^2(be^-2st -e^-st))/((1+be^-st)^3)

Dies dann eingesetzt in i = N°°/N° ergibt dann schließlich (für k=0): N = M/2(1-i/s)
 
M

MTL

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Welche Gedanken habt Ihr bei der Zahlenfolge:
2 5 1 8 9 3
Am 2. Mai des Jahres 1893 kamen u. a. Ludwig Kasper, ein österreichischer Bildhauer, und Axel Werner Kühl, ein deutscher evangelisch-lutherischer Theologe, zur Welt. Zudem wurden an diesem Dienstag Anfang Mai Robert Herlth, ein deutscher Szenenbildner, und Erich Schröder, ein deutscher Mediziner und Hochschullehrer, geboren.
 
Ziegenpeter

Ziegenpeter

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Die Lösung ist für Eingeweihte auch einfach, weil für den max. Gegenwartswert bei k=0 gilt

N=M/2(1-i/s), im Beispiel also 10000/2(1-0,05/0,5) = 4500 und damit die Fangrate 1237,5

(Der Quotient i/s ist die Bionomic Growth Ratio, eine wichtige Größe in der Ressourcenökonomik).

Die Herleitung ist aber m.E. für nicht Eingeweihte alles andere als banal, sie folgt der Maximierung des Gegenwartswertes (Present Value, PV). Diesen erhält man über Lösung der Integrale der künftigen Erlöse und der künftigen Kosten.

Für einmaligen Fang von M auf das (zu berechnende optimale) N, sog. Most Rapid Approach Path, gilt (bei Fischpreis von 1):

PV = M-N + w – K1 – K2

M-N ist der Wert des Einmalfangs (Fischmenge mal Preis 1),

w ist der Wert aller künftigen Fänge, = Integral 0 bis unendlich(N°e^-iT)dT = N°/i

K1 sind die Kosten aller künftigen Fänge = Integral 0 bis unendlich(N°k/N e^-iT)dT = N°k/Ni

und K2 Kosten des Einmalfangs) = Integral t* bis unendlich(N°k/N)dt = k(lnM – lnN)

Somit gilt:

PV = M-N + N°/i – N°k/Ni – k(lnM – lnN) (das hatte ich als zusätzlichen Hinweis gegeben)

Ableitung nach t ergibt dPV/dt = -N° + kN°/N + N°°/i – k/i(N°°/N – N°^2/N^2)

Nullsetzen und Umformen ergibt: N°(k/N-1)=1/i[k(N°°/N - N°^2/N^2) – N°°]

Und dann für k=0: -N° = 1/i(-N°°) bzw. nach Umformung i = N°°/N°

(Hätte man natürlich einfacher haben können, wenn man die Summanden mit k vor dem Ableiten eliminiert hätte, aber ich wollte die allgemeine Lösung präsentieren).

Für die Ableitungen N° und N°° muss man zunächst über Lösung der Differentialgleichung (log. Wachstumsfunktion) die Funktion N(t) herleiten und diese dann zweimal nach t ableiten.

Es gilt: N(t) = M/(1+be^-st) mit 1/b =: e^c

Dann ist N°(t) = (Mbse^-st)/((1+be^-st)^2)

und N°°(t) = (Mbs^2(be^-2st -e^-st))/((1+be^-st)^3)

Dies dann eingesetzt in i = N°°/N° ergibt dann schließlich (für k=0): N = M/2(1-i/s)
In welchem Semester lerne ich das bei dir? :eekek:
 
Raubritter

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Cool!
Aber es handelt sich um ein "Sprichwort
 
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