Versuch stationäre Verteilung
Anleitung
Basiswissen
Etwa 10 min, ab Klasse 10: wie sich ein Fließgleichgewicht oder eine stationäre Verteilung einstellt. Mit zwei Haufen von Gegenständen stellt man Schritt-für-Schritt nach, wie ein Fließgleichgewicht entsteht.
Schritt 1
- Aufbau:
- Praktisch ist ein Notizzettel zum notieren von Zahlen.
- Man hat zwei Haufen Würfel aus Kiste 1 ↗
- Auf dem Haufen A liegen 60 Würfel.
- Auf dem Haufen B liegen 20 Würfel.
Schritt 2
- Übergänge:
- Vom Haufen A werden 20 % der Steine weggenommen.
- Vom Haufen B werden 10 % der Steine weggenommen.
- Beim rechnen immer auf ganze Zahlen runden ↗
- Dann die 20 % von A zum Haufen B hinzufügen.
- Und die 10 % von B zum Haufen A hinzufügen.
- Dieses Vorgehen dann ständig wiederholen.
Schritt 3
- Stationäre Verteilung:
- Oft ändert sich die Haufengröße schon nach wenigen Schritten nicht mehr.
- Wenn das der Fall ist, spricht man von einer stationären Verteilung.
- Wären die Haufen Mengen von Molekülen die reagieren, ...
- dann wäre es in der Chemie ein Fließgleichgewicht ↗
Schritt 4
- Kontrolle:
- Werte aus einer Computersimulation:
- A = 60 | B = 20
- A = 50 | B = 30
- A = 43 | B = 37
- A = 38 | B = 42
- A = 35 | B = 45
- A = 33 | B = 48
- A = 31 | B = 50
- A = 30 | B = 51
- A = 29 | B = 52
- A = 28 | B = 53
- A = 28 | B = 53
- A = 28 | B = 53
- A = 28 | B = 53
- Und so weiter ...
Schritt 5
- Simuliere nun mit den folgenden Daten:
- A=60; B=40 und C=20
- Für jeden Durchlauf gilt:
- Vom Anfangswert von A in diesem Durchlauf gehen nach B: 20 %
- Vom Anfangswert von A in diesem Durchlauf gehen nach C: 40 %
- Vom Anfangswert von B in diesem Durchlauf gehen nach A: 10 %
- Vom Anfangswert von B in diesem Durchlauf gehen nach C: 20 %
- Vom Anfangswert von C in diesem Durchlauf gehen nach A: 40 %
- Vom Anfangswert von C in diesem Durchlauf gehen nach B: 50 %
Zur Theorie
Das Geschehen kann gut mit Hilfe der Matrizenrechnung nachgestellt werden. Man zeichnet zunächst ein Übergangsdiagramm und erstellt dann daraus Matrizen zur Simulation. Mehr dazu unter stationäre Verteilung ↗