Abiturprüfung 2013
Aufgabenstellung:
Von einem Forstbetrieb werden auf verschiedenen Waldflächen Tannen gezogen.
Entsprechend ihrer Höhe werden die Tannen in drei Größenklassen eingeteilt: Tannen, die
weniger als einen Meter groß sind, gehören zur Größenklasse K (klein); Tannen, die mindestens
einen Meter, aber weniger als zwei Meter groß sind, gehören zur Größenklasse M (mittel);
Tannen, die mindestens zwei Meter groß sind, gehören zur Größenklasse G (groß).
Jeweils zu Beginn eines festen Zeitraums (Wachstumsperiode), auf den sich im Folgenden die
Übergänge zwischen den drei Größenklassen beziehen, wird eine Bestandsaufnahme durchgeführt.
Die Übergangsquoten berücksichtigen, dass abgestorbene, kranke oder beschädigte
Bäume im Laufe jeder Wachstumsperiode aus dem Bestand entfernt werden.
a)
Auf einer der Waldflächen erreichen von den Tannen der Größenklasse K innerhalb einer
Wachstumsperiode 50 % die Größenklasse M und 10 % die Größenklasse G, während
30 % in der Größenklasse K verbleiben. Von den Tannen der Größenklasse M erreichen
innerhalb einer Wachstumsperiode 55 % die Größenklasse G, während 40 % in der
Größenklasse M verbleiben. Von den Tannen der Größenklasse G sind am Ende einer
Wachstumsperiode noch 98 % in der Größenklasse G.
Stellen Sie dieses Wachstumsverhalten durch ein Übergangsdiagramm dar und bestimmen
Sie eine Übergangsmatrix, die dieses Wachstumsverhalten beschreibt.
(10 Punkte)
Verstecktes Layer sichtbar machen
Lösung
Auf einer anderen Waldfläche wird eine andere Art von Tannen gezogen. Eine Zählung ergab
die folgende Übergangsmatrix A für das Übergangsverhalten zwischen den oben genannten
Größenklassen innerhalb einer Wachstumsperiode:

In Teilaufgabe b) wird angenommen, dass diese Übergangsquoten auch für die vorangegangenen
und folgenden Wachstumsperioden gelten.
b)Die Bestandsaufnahme zu Beginn einer bestimmten Wachstumsperiode ergibt 450 Tannen
der Größenklasse K, 4230 Tannen der Größenklasse M und 5320 Tannen der Größenklasse
G.
(1) Bestimmen Sie die Anzahl der Tannen in den einzelnen Größenklassen am Ende dieser
Wachstumsperiode.
(2) Bestimmen Sie die Anzahl der Tannen in den einzelnen Grö0enklassen eine Wachstumsperiode
vor dem Zeitpunkt der Bestandsaufnahme.
(3) Zeigen Sie ausgehend von einem beliebigen Bestandsvektor

dass der
Gesamtbestand an Tannen am Ende einer Wachstumsperiode 95 % des Bestandes
zu Beginn dieser Wachstumsperiode beträgt.
(4) Berechnen Sie, nach wie vielen Wachstumsperioden erstmals weniger als 60 % des
ursprünglichen Gesamtbestandes an Tannen vorhanden sind.
(20 Punkte)
Lösung

Rechnung:
0,25*450+0*4230+0*5320 = 112,5
0,7*450+0,55*4230+0*5320 = 2641,5
0*450+0,4*4230+0,95*5320 = 6746
Nach einer Wachstumsperiode sind etwa 113 Tannen der Größenklasse K, 2642 Tannen der Größenklasse M und 6746 Tannen der Größenklasse
G vorhanden. [Auch andere sinnvolle Rundungen werden akzeptiert.]
(2) Sei 
der Bestandsvektor einer Wachstumsperiode vor der Bestandsaufnahme.
Zu lösen ist die Gleichung


Rechnung:
0,25*a = 450
0,7*a+0,55*b = 4230
0,4*b+0,95*c = 5320
a = 1800
0,7*1800+0,55*b = 4230
1260+0,55*b = 4230
0,55*b = 2970
b = 5400
0,4*5400+0.95*c = 5320
0,95*c = 3160
c = 3326,32
Eine Wachstumsperiode vor der Bestandsaufnahme gehörten 1800 Tannen zur Größenklasse K, 5400 Tannen zur Größenklasse M
und rund 3326 zur Größenklasse G.
(3) Nach einer Wachstumsperiode folgt aus

ein Gesamtbestand von (0,25+0,7)*x 1+(0,55+0,4)*x 2+0,95*x 3 = 0,95*(x 1+x 2+x 3).
Somit beträgt der Gesamtbestand nach einer Wachstumsperiode 95% des ursprünglichen Bestandes.
[Auch die Spaltensummen der Matrix A können betrachtet werden.]

Nach 10 Wachstumsperioden sind erstmals weniger als 60% der ursprünglichen Gesamtzahl an Bäumen vorhanden.
[Auch die Lösung anhand eines konkreten Beispiels wird akzeptiert.]
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