Von Verdopplungsdauer zum effektiven R-Wert mit der RKI-Methode

Das RKI benutzt eine recht simple Methode zur Berechnung des effektiven R-Werts. Die Summe der Fallzahlen der letzten vier Tage werden durch die Summe der Fallzahlen der vorangehenden vier Tage geteilt. Entwickeln sich die Fallzahlen also gemäß der Reihe 100, 200, 300, 400, 500, 600, 700, 800, so folgt für den effektiven R-Wert:

Rt = (800+700+600+500)/(400+300+200+100) = 2600/1000 = 2,6

Es lässt sich daraus eine handliche Näherungsformel für den Zusammenhang zwischen der Verdopplungsdauer T der täglichen Neufälle und dem R-Wert herleiten. Angenommen die Neufälle wachsen exponentiell gemäß F = F0*exp(k*t), wobei F0 der Anfangswert, k die Wachstumsrate und t die Zeit ist. Wie man leicht aus der Gleichung F = 2*F0 = F0*exp(k*t) herleiten kann, gilt zwischen der Verdopplungsdauer und der Wachstumsrate der Zusammenhang k = ln(2)/T. Der R-Wert ist:

Rt = (F0*exp(k*7)+F0*exp(k*6)+F0*exp(k*5)+F0*exp(k*4)) / (F0*exp(k*3)+F0*exp(k*2)+F0*exp(k*1)+F0*exp(k*0))

Rt = (exp(k*7)+exp(k*6)+exp(k*5)+exp(k*4))/(exp(k*3)+exp(k*2)+exp(k*1)+exp(k*0))

Ersetzt man als erste Näherung den Zähler mit 4*exp(k*5,5) und den Nenner entsprechend mit 4*exp(k*1,5) oder nimmt alternativ an, dass sowohl für Zähler und Nenner der Term links jeweils groß gegen alle anderen Terme ist, dann ergibt sich:

Rt = (4*exp(k*5,5))/(4*exp(k*1,5)) = exp(k*4)

Und mit k = ln(2)/T schlussendlich:

Rt = exp(2,77/T)

Eine Verdopplung der täglichen Neufälle alle T = 5 Tage übersetzt sich demnach in e hoch 2,77/5 oder Rt = 1,7. Abweichungen von plus / minus 0,1 sind aufgrund der groben Näherung zu erwarten, aber die Formel bietet einen schnellen und verlässlichen Schätzwert. Umgekehrt lässt sich aus der Formel natürlich auch die aktuelle Verdopplungsdauer ohne viel Mühe abschätzen:

T = 2,77/ln(Rt)

Das alles gilt natürlich nur, sofern exponentielles Wachstum, und somit Wachstum mit gleichbleibender Verdopplungsdauer, besteht. Bei stetigem linearem Wachstum, und das eher am Rande, konvergiert der R-Wert von einem anfänglichen Wert über 1 auf lange Sicht immer gegen Rt = 1. Aus F = F0 + m*t folgt:

Rt = (4*F0+m*t+m*(t-1)+m*(t-2)+m*(t-3)) / (4*F0+m*(t-4)+m*(t-5)+m*(t-6)+m*(t-7))

Rt = (4*F0+m*(4*t-6)) / (4*F0+m*(4*t-22))

Anfangs ist Rt > 1. Für große t ist 4*t >> 6 und 4*t >> 22. Es folgt:

(lim t gegen ∞) Rt = (4*F0+m*4*t) / (4*F0+m*4*t)

(lim t gegen ∞) Rt = (F0+m*t) / (F0+m*t) = 1

Bei konstanten Fallzahlen ist konstant bei Rt = 1.

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