Uma determinada substância é injetada na corrente sanguínea

Cálculo diferencial: Infinito 12 A - Parte 2 Pág. 231 Ex. 99

Enunciado

Quando uma determinada substância é injetada na corrente sanguínea, a sua concentração $C$, $t$ minutos depois, é dada por $$C(t) = \frac{1}{2}\left( {{e^{ – 2t}} – {e^{ – 4t}}} \right)$$

  1. Em que instante ocorre a concentração máxima e qual o seu valor?
  2. O que se pode dizer sobre a concentração, após um longo período de tempo?

Resolução

Quando uma determinada substância é injetada na corrente sanguínea, a sua concentração $C$, $t$ minutos depois, é dada por $$C(t) = \frac{1}{2}\left( {{e^{ – 2t}} – {e^{ – 4t}}} \right)$$

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  1. Ora, \[\begin{array}{*{20}{l}}
    {C’\left( t \right)}& = &{{{\left[ {\frac{1}{2}\left( {{e^{ – 2t}} – {e^{ – 4t}}} \right)} \right]}^\prime }} \\
    {}& = &{\frac{1}{2}\left( { – 2{e^{ – 2t}} + 4{e^{ – 4t}}} \right)} \\
    {}& = &{2{e^{ – 4t}} – {e^{ – 2t}}} \\
    {}& = &{{e^{ – 2t}}\left( {2{e^{ – 2t}} – 1} \right)}
    \end{array}\]
    Como $$\begin{array}{*{20}{l}}
    {C'(t) = 0}& \Leftrightarrow &{{e^{ – 2t}}\left( {2{e^{ – 2t}} – 1} \right) = 0} \\
    {}& \Leftrightarrow &{2{e^{ – 2t}} – 1 = 0} \\
    {}& \Leftrightarrow &{{e^{ – 2t}} = \frac{1}{2}} \\
    {}& \Leftrightarrow &{ – 2t = \ln \frac{1}{2}} \\
    {}& \Leftrightarrow &{t =  – \frac{1}{2}\ln \frac{1}{2}} \\
    {}& \Leftrightarrow &{\ln {{\left( {\frac{1}{2}} \right)}^{ – \frac{1}{2}}}} \\
    {}& \Leftrightarrow &{\ln \sqrt 2 }
    \end{array}$$
    temos:

    $t$ $0$ ${\ln \sqrt 2 }$             $ + \infty $
    $C'(t)$ $+$ $0$ $-$
    $C(t)$ $ \nearrow $ $\frac{1}{8}$ $ \searrow $

    A concentração máxima é 0,125 e ocorre aproximadamente 0,55 ($\ln \sqrt 2  \approx 0,35$) minutos após a substância ter sido injetada na corrente sanguínea.
    ­

  2. Após um longo período de tempo, a concentração anula-se, pois \[\begin{array}{*{20}{l}}
    {\mathop {\lim }\limits_{t \to  + \infty } C(t)}& = &{\mathop {\lim }\limits_{t \to  + \infty } \left[ {\frac{1}{2}\left( {{e^{ – 2t}} – {e^{ – 4t}}} \right)} \right]} \\
    {}& = &{\frac{1}{2}\left( {\mathop {\lim }\limits_{t \to  + \infty } {e^{ – 2t}} – \mathop {\lim }\limits_{t \to  + \infty } {e^{ – 4t}}} \right)} \\
    {}& = &{\frac{1}{2}\left( {0 – 0} \right)} \\
    {}& = &0
    \end{array}\]

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