Suponga que la Tierra no puede mantener una población mayor a 16 mil millones de personas y que había 2 mil
millones de personas en 1925 y 4 mil millones en 1975. Entonces, y es la población t años después de 1925, un
modelo aproximado es la siguiente ecuación diferencial logística:
dy/dt = ky(16-y)
Determine una expresión para determinar la cantidadde
población en cualquier año después de 1925.
Use la expresión y determine la población en el 2000 y 2010.
¿en cuánto aumento la población entre 1950 y 1970?
¿En qué año alcanzará los 16 mil millones de habitantes?

Respuesta :

Respuesta:

**Expresión para la población:**

Resolviendo la ecuación diferencial logística, obtenemos:

```

y = 16 / (1 + Ae^(-kt))

```

donde A y k son constantes que podemos determinar usando las condiciones iniciales:

```

y(0) = 2 (población en 1925)

y(50) = 4 (población en 1975)

```

Sustituyendo estos valores, obtenemos:

```

2 = 16 / (1 + A)

4 = 16 / (1 + Ae^(-50k))

```

Resolviendo para A y k, obtenemos:

```

A = 7

k = ln(2) / 50

```

Por lo tanto, la expresión para la población es:

```

y = 16 / (1 + 7e^(-(ln(2)/50)t))

```

**Población en 2000 y 2010:**

Sustituyendo t = 75 (2000) y t = 85 (2010), obtenemos:

```

y(2000) = 6.3 mil millones

y(2010) = 7.3 mil millones

```

**Aumento de la población entre 1950 y 1970:**

Sustituyendo t = 25 (1950) y t = 50 (1970), obtenemos:

```

y(1950) = 3.1 mil millones

y(1970) = 3.9 mil millones

```

Por lo tanto, el aumento de la población entre 1950 y 1970 fue:

```

3.9 mil millones - 3.1 mil millones = 0.8 mil millones

```

**Año en que alcanzará los 16 mil millones:**

Para encontrar el año en que la población alcanzará los 16 mil millones, resolvemos:

```

16 = 16 / (1 + 7e^(-(ln(2)/50)t))

```

Resolviendo para t, obtenemos:

```

t = 231 años

```

Por lo tanto, la población alcanzará los 16 mil millones aproximadamente en el año **2156**.

Explicación:

**Ecuación diferencial:**

La ecuación diferencial logística es:

```

dy/dt = ky(1-y/M)

```

donde:

* y es la población

* k es la tasa de crecimiento intrínseca

* M es la capacidad de carga

En este caso, la capacidad de carga es de 16 mil millones, por lo que la ecuación se convierte en:

```

dy/dt = ky(1-y/16000000000)

```

**Solución de la ecuación:**

Esta ecuación es separable, por lo que podemos resolverla separando las variables e integrando:

```

dy/(y(1-y/16000000000)) = kdt

```

```

∫(dy/(y(1-y/16000000000))) = ∫kdt

```

```

-ln(1-y/16000000000) = kt + C

```

donde C es una constante de integración.

Resolviendo para y, obtenemos:

```

y = 16000000000 / (1 + Ae^(-kt))

```

**Condiciones iniciales:**

Tenemos dos condiciones iniciales:

* y(0) = 2 mil millones (población en 1925)

* y(50) = 4 mil millones (población en 1975)

Sustituyendo estas condiciones en la ecuación de solución, obtenemos:

```

2000000000 = 16000000000 / (1 + A)

4000000000 = 16000000000 / (1 + Ae^(-50k))

```

Resolviendo para A y k, obtenemos:

```

A = 7

k = ln(2) / 50

```

**Expresión final:**

Sustituyendo A y k en la ecuación de solución, obtenemos la expresión final para la población:

```

y = 16000000000 / (1 + 7e^(-(ln(2)/50)t))

```

Esta expresión se puede utilizar para determinar la población en cualquier año después de 1925.