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Rekursiv und explizit

Muss man wirklich jede einzelne Stunde durchrechnen, um zu wissen, wie groß eine Bakterienkultur nach 30 Stunden ist?

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Schritt für Schritt: rekursiv

Rekursiv heißt: Jeder neue Wert wird aus dem vorigen berechnet.

  • Exponentiell:\(N(n+1)=b\cdot N(n)\) mit dem Startwert \(N(0)\).
  • Bezeichnungen:\(n\) zählt die Schritte (Stunden, Jahre …), \(N(n)\) ist der Bestand nach \(n\) Schritten.
  • Beispiel:\(N(0)=50\), \(b=1{,}2\): \(N(1)=1{,}2\cdot 50=60\), \(N(2)=1{,}2\cdot 60=72\), \(N(3)=1{,}2\cdot 72=86{,}4\).
  • Linear zum Vergleich:\(N(n+1)=N(n)+d\) — addieren statt multiplizieren.
  • Stärke:ideal für Tabellen und Tabellenkalkulation: Zelle darunter \(=\) Zelle darüber mal \(b\), dann herunterziehen.
  • Schwäche:Für \(N(50)\) braucht man alle 49 Werte davor.
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Direkt zum Ziel: explizit

Explizit heißt: \(N(n)\) wird direkt aus \(n\) berechnet — ganz ohne Zwischenwerte.

Hänge Bausteine \(\cdot b\) an die Kette — per Knopf, mit Enter auf dem Vorrats-Baustein oder durch Ziehen an die gestrichelte Lücke. Fasse den Term dann mit „Zusammenfassen“ zu einer Potenz zusammen.

Wachstumskette

Halte fest: \(n\) Bausteine \(\cdot b\) hintereinander ergeben \(N(0)\cdot b^n\) — rekursiv und explizit liefern dieselbe Zahl, explizit aber in einem einzigen Schritt.

Herleitung:

\(N(1)=N(0)\cdot b\)
| einsetzen
Erster Schritt der Rekursion.
\(N(2)=N(1)\cdot b=N(0)\cdot b\cdot b=N(0)\cdot b^2\)
| einsetzen
\(N(1)\) durch \(N(0)\cdot b\) ersetzt, gleiche Faktoren als Potenz geschrieben.
\(N(3)=N(2)\cdot b=N(0)\cdot b^2\cdot b=N(0)\cdot b^3\)
| verallgemeinern
Mit jedem Schritt kommt genau ein Faktor \(b\) dazu.
\(N(n)=N(0)\cdot b^n\)
Ergebnis
\(n\) Schritte bedeuten \(n\) Faktoren \(b\).
  • Linear explizit:\(N(n)=N(0)+n\cdot d\) — \(n\)-mal \(d\) addiert.
  • Beispiel:\(N(0)=50\), \(b=1{,}2\): \(N(10)=50\cdot 1{,}2^{10}\approx 50\cdot 6{,}19\approx 309{,}6\) — ohne die neun Werte davor.
Merke

Explizite Darstellung: \(N(n)=N(0)\cdot b^n\)

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Allgemeine Hinweise

Startwert ist N(0), nicht N(1)

Wer bei \(N(1)\) zu zählen beginnt, hat am Ende einen Faktor \(b\) zu viel oder zu wenig. Nach \(n\) Schritten stehen genau \(n\) Faktoren da.

Erst potenzieren, dann mal

\(50\cdot 1{,}2^3=50\cdot 1{,}728=86{,}4\) — nicht \((50\cdot 1{,}2)^3=216\,000\). Die Hochzahl gehört nur zu \(b\).

Wann was?

Rekursiv für Tabellen und Tabellenkalkulation, explizit für einzelne, weit entfernte Werte wie \(N(100)\).

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