* [[ecovirt:roteiro:math:exponencial|{{:ecovirt:logcalc.jpg?20|}}]]
* [[ecovirt:roteiro:math:exponencialr|{{:ecovirt:rlogo.png?30|}}]]
====== Taxas de crescimento e função exponencial - Roteiro em R======
{{section>ecovirt:roteiro:math:exponencial_base#taxas_de_crescimento_e_funcao_exponencial}}
===== Do tempo discreto para o contínuo =====
{{section>ecovirt:roteiro:math:exponencial_base#do_tempo_discreto_para_o_continuo}}
== Se quiser reproduzir este gráfico ==
Abra o R e cole o código abaixo, linha a linha:
tempo=1:10
nbact= c(2,4,8,16,32,64,128,256, 512,1024)
plot(tempo, nbact, main="Crescimento de Bactérias", ylab= "número de bactérias", pch=16, col="red",cex.main=1.5, cex=1.5,cex.lab=1.5, cex.axis=1.5,bty="l")
{{section>ecovirt:roteiro:math:exponencial_base#continuacao_tempo_discreto}}
==== A noção de derivada ====
{{section>ecovirt:roteiro:math:exponencial_base#a_nocao_de_derivada}}
## para t=1
tempo=1
##vamos criar um vetor com valores de delta t diminuindo
dt=c(0.5,0.1,0.01,0.001,0.0001,0.00001,0.000001)
tdt=tempo+dt
Nt=tempo^2
Ntdt=tdt^2
(Ntdt-Nt)/dt
{{section>ecovirt:roteiro:math:exponencial_base#continua_nocao_de_derivada}}
===Definição de uma derivada===
{{section>ecovirt:roteiro:math:exponencial_base#definicao_de_uma_derivada}}
===== Crescimento Exponencial =====
{{section>ecovirt:roteiro:math:exponencial_base#crescimento_exponencial}}
==== A função exponencial ====
{{section>ecovirt:roteiro:math:a_funcao_exponencial}}
Satisfeito(a)? Espero que não, pois simplesmente apelamos para uma tabela de antiderivadas em um programa para encontrar a solução de nossa equação diferencial. Aprendemos a lógica geral da solução de uma equação diferencial, mas não porque a equação que propusemos tem esta solução específica.
Uma maneira de entender é retornar ao raciocínio de reduzir intervalos de tempo. Vamos começar com uma população que tem uma taxa de crescimento anual de $\lambda = 1,5$:
* $N_1=N_0 \lambda$ , ou:
* $N_1=N_0 (1+ rd)$ , onde //rd// = coeficiente discreto de crescimento
* $N_1= N_0(1 + 0,5)$
Agora, vamos supor que essa mesma população tenha dois ciclos reprodutivos anuais, portanto temos que calcular o aumento na população no primeiro semestre do ano, e multiplicar este valor novamente pela taxa de crescimento, para obter o tamanho da população no final do ano. Vamos supor que a taxa semestral de crescimento seja metade da anual:
$$N_1 \ = \ N_0 \left( 1+\frac{0,5}{2} \right) \left( 1+\frac{0,5}{2} \right)$$
Isso equivale a
$$N_1 \ = \ N_0 \left( 1+\frac{0,5}{2} \right)^2 \ = \ N_0(1+0,25)^2 \ \to \frac{N_1}{N_0} \ = \ (1+0,25)^2 \ \simeq \ 1,56$$
Ops! Uma taxa de crescimento de 1,25 ao semestre resulta em um crescimento maior que a taxa anual de 1,5. Não é difícil entender: no segundo semestre a população aumentou em 25% de uma população que já cresceu 25% no primeiro semestre. Mantendo o raciocínio, trimestralmente a taxa seria de $(1 + 0.5/4)$ e deveria ser aplicada quatro vezes. Isso resultaria em um crescimento anual de cerca de 1,60. Onde isso vai parar?
[[http://en.wikipedia.org/wiki/Jacob_Bernoulli|Jacob Bernoulli]] foi o primeiro a solucionar este problema, preocupado com o comportamento de [[http://en.wikipedia.org/wiki/Continuously_compounded_interest#Continuous_compounding|juros compostos]], nos idos do século XVII. Ele partiu da expressão usada para calcular estes juros, que nada mais é que a generalização de nossa expressão de crescimento em um ano dividido em n intervalos, :
$$ \frac{N_1}{N_0}= \left( 1+\frac{r_d}{n} \right) ^n $$
Em seguida ele notou que para calcular uma dívida (o tamanho da população em nosso caso) que aumenta a todo instante, teríamos que deixar o número de intervalos de tempo ($n$) cada vez maior, tendendo a um número infinitamente grande:
$$ \lim\limits_{n \to \infty} \left( 1+\frac{r_d}{n} \right)^n$$
Isto é o mesmo que fazer os intervalos de tempo serem infinitamente pequenos. O que acontece então?
Vamos tentar resolver o limite numericamente no R, aumentando o número de divisões dentro de um ano da nossa taxa de crescimento discreta. A princípio vamos deixar o $\lambda =2$, portanto o $r_d=1$ e o $N_0=1$ ; portanto $\frac{N_t}{N_0}= N_t$. Em seguida vamos fazer $\lambda =3$ e $\lambda =1.5$ (r=2 e r=0.5).
##############################
#### Crescimento Contínuo ####
##############################
n<- c(0:100, 200, 500,1000, 10000, 100000,1e+10)
N0 <- 2
rd1 <- 1
N1<-N0* (1+ rd1/n)^n
N1_N0= N1[length(N1)]/N0
plot(1:103, N1[1:103]/N0, type="l")
text(x=50, y=2.5, labels= paste("Máximo = ", N1[length(N1)/N0]))
N1_N0
{{section>ecovirt:roteiro:math:continua_funcao_exponencial}}
==== Tempo de Duplicação ====
{{section>ecovirt:roteiro:math:exponencial_base#tempo_de_duplicacao}}
===== Exercícios =====
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===== Para saber mais =====
{{section>ecovirt:roteiro:math:exponencial_base#para_saber_mais}}
{{tag>R maxima uma_população crescimento_exponencial tempo_discreto tempo_contínuo equação_diferencial}}