La warfarina es un medicanento que se utiliza como anticoagulante. Después que se deja de aplicar el medicamento, la cantidad restante en el cuerpo de un paciente disminuye a una razón proporcional a la cantidad restante. La vida media de la warfarina en el cuerpo es de 37 horas. a) Determinar una expresión matemática que permita describir la situación. b) ¿Cuántos días tarda el nivel del medicamento en reducirse al \( 25 \% \) del nivel original? c) Trazar una gráfica de la cantidad de warfarina en el cuerpo de un paciente como función del tiempo \( t \) desde que se deja de aplicar el medicamento.
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Solución
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The Deep Dive
Para resolver este problema, vamos paso a paso: a) La situación se puede describir mediante una ecuación diferencial que representa la disminución de la cantidad de warfarina en el cuerpo. La forma general de esta ecuación es: \[ \frac{dA}{dt} = -k A \] donde \( A \) es la cantidad de warfarina en el cuerpo y \( k \) es la tasa de eliminación. Sabemos que la vida media, \( t_{1/2} \), está relacionada con \( k \) de la siguiente manera: \[ k = \frac{\ln(2)}{t_{1/2}} \] Si la vida media es de 37 horas, entonces: \[ k = \frac{\ln(2)}{37 \, \text{horas}} \] La solución a esta ecuación diferencial es: \[ A(t) = A_0 \, e^{-kt} \] donde \( A_0 \) es la cantidad inicial de warfarina. b) Para determinar cuántos días tarda el nivel del medicamento en reducirse al \( 25\% \) del nivel original, necesitamos establecer la ecuación: \[ A(t) = A_0 \cdot 0.25 \] Sabemos que: \[ A(t) = A_0 \, e^{-kt} \] Entonces, igualamos: \[ A_0 \, e^{-kt} = A_0 \cdot 0.25 \] Cancelamos \( A_0 \) (asumiendo que no es cero): \[ e^{-kt} = 0.25 \] Tomamos el logaritmo natural en ambos lados: \[ -kt = \ln(0.25) \] Sustituimos \( k \): \[ -\frac{\ln(2)}{37} t = \ln(0.25) \] Sabemos que \( \ln(0.25) = -2 \ln(2) \): \[ -\frac{\ln(2)}{37} t = -2 \ln(2) \] Cancelamos \( -\ln(2) \): \[ \frac{t}{37} = 2 \] Por lo tanto: \[ t = 74 \, \text{horas} \] Para convertir horas a días: \[ \frac{74 \, \text{horas}}{24 \, \text{horas/día}} \approx 3.08 \, \text{días} \] c) Para trazar la gráfica de la cantidad de warfarina en el cuerpo como función del tiempo \( t \), utilizamos la expresión: \[ A(t) = A_0 \, e^{-\frac{\ln(2)}{37} t} \] Se verá como una curva exponencial decreciente, comenzando desde \( A(0) = A_0 \) y acercándose a cero a medida que el tiempo avanza. A lo largo de los primeros 74 horas (aproximadamente 3 días), la cantidad de warfarina se reducirá al 25% de su cantidad inicial. Puedes usar software de graficación o herramientas numéricas para trazar la función y visualizar su comportamiento en el tiempo.