Trong cuộc sống, toán học có thể được sử dụng để mô tả nhiều hiện tượng, bao gồm cả sự thay đổi của dân số. Bài toán này sẽ hướng dẫn bạn giải chi tiết Bài 1.5 Toán 12 tập 1 sách Kết nối tri thức, giúp bạn áp dụng hàm số và đạo hàm để phân tích sự tăng trưởng dân số của một thị trấn và dự đoán giới hạn của nó.
Giả sử số dân của một thị trấn sau t năm kể từ năm 2000 được mô tả bởi hàm số:
Trong đó, N(t) được tính bằng nghìn người.
a) Tính số dân của thị trấn đó vào các năm 2000 và 2015.
b) Tính đạo hàm N’(t) và . Từ đó giải thích tại sao dân số của thị trấn đó luôn tăng nhưng sẽ không vượt qua một ngưỡng nào đó.
Bài toán này có hai phần chính:
Tính giá trị hàm số: Để tìm dân số vào một năm cụ thể, ta chỉ cần thay giá trị t
(số năm kể từ năm 2000) vào hàm số N(t) đã cho.
Sử dụng đạo hàm để phân tích sự biến thiên:
Đạo hàm N'(t): Cho biết tốc độ thay đổi dân số tại thời điểm t. Nếu N'(t) > 0, dân số đang tăng.
Giới hạn của hàm số: Để tìm ngưỡng mà dân số không thể vượt qua, ta cần tính giới hạn của hàm số N(t) khi t tiến đến vô cực. $$\lim_{t \to +\infty} N(t)$$
a) Dân số của thị trấn đó vào năm 2000 là:
(nghìn người)
Dân số của thị trấn đó vào năm 2015 là:
(nghìn người)
b) Ta có:
Vì và nên dân số của thị trấn đó luôn tăng nhưng sẽ không vượt qua ngưỡng 25 nghìn người.
Bài toán này đã cho thấy ứng dụng của hàm số và đạo hàm trong việc mô tả và phân tích các hiện tượng trong thế giới thực.
Đạo hàm dương N'(t) > 0 chứng tỏ dân số luôn tăng.
Giới hạn của hàm số khi \(t \to +\infty\) cho ta biết một ngưỡng mà dân số sẽ tiến đến và không thể vượt qua.
Kết hợp cả hai, ta có thể kết luận rằng dân số của thị trấn sẽ tăng dần theo thời gian nhưng không bao giờ đạt hoặc vượt quá mốc 25 nghìn người, một mô hình tăng trưởng điển hình trong sinh học và xã hội học.
» Xem thêm