Aufgabenbeispiele von Anwendungen

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Integralanwendungen BF

Beispiel:

Die Bewegungsgeschwindigkeit eines Körpers lässt sich nährungsweise durch die Funktion f mit f(x)= 2 3x -4 (in m/s, x in Sekunden) beschreiben. Nach 8 3 s hat er bereits 12 m zurückgelegt. Wie weit ist er nach 13 3 Sekunden?

Lösung einblenden
Zuerst berechnen wir die Änderung des Bestands zwischen 8 3 und 13 3 :
8 3 13 3 2 3x -4 x
= 8 3 13 3 2 ( 3x -4 ) 1 2 x

= [ 4 9 ( 3x -4 ) 3 2 ] 8 3 13 3

= [ 4 9 ( 3x -4 ) 3 ] 8 3 13 3

= 4 9 ( 3( 13 3 ) -4 ) 3 - 4 9 ( 3( 8 3 ) -4 ) 3

= 4 9 ( 13 -4 ) 3 - 4 9 ( 8 -4 ) 3

= 4 9 ( 9 ) 3 - 4 9 ( 4 ) 3

= 4 9 3 3 - 4 9 2 3

= 4 9 27 - 4 9 8

= 12 - 32 9

= 108 9 - 32 9

= 76 9


≈ 8,444
Der neue Bestand setzt sich aus dem Anfangsbestand bei 8 3 und der Änderung zwischen 8 3 und 13 3 zusammen:
B = 12 + 76 9 = 184 9 ≈ 20.44

Integralanwendungen

Beispiel:

Bei einer Bakterienkultur geht man von einer Wachstumsrate von 6 e 3x -6 Bakterien pro Minute zur Zeit x (in Minuten) aus. Zu Zeitpunkt x=1 sind 50 Bakterien vorhanden. Wie viele sind es nach 2 Minuten?

Lösung einblenden
Zuerst berechnen wir die Änderung des Bestands zwischen 1 und 2:
1 2 6 e 3x -6 x

= [ 2 e 3x -6 ] 1 2

= 2 e 32 -6 -2 e 31 -6

= 2 e 6 -6 -2 e 3 -6

= 2 e 0 -2 e -3

= 2 -2 e -3


≈ 1,9
Der neue Bestand setzt sich aus dem Anfangsbestand bei 1 und der Änderung zwischen 1 und 2 zusammen:
B = 50 + -2 e -3 +2 ≈ 51.9

Integralfunktion - Gleichung

Beispiel:

Bestimme u > 0 so, dass 0 u 3,6 e -0,4x +0,8 x = 1

Lösung einblenden
0 u 3,6 e -0,4x +0,8 x

= [ -9 e -0,4x +0,8 ] 0 u

= -9 e -0,4u +0,8 +9 e -0,40 +0,8

= -9 e -0,4u +0,8 +9 e 0 +0,8

= -9 e -0,4u +0,8 +9 e 0,8

Diese Integralfunktion soll ja den Wert 1 annehmen, deswegen setzen wir sie gleich :

-9 e -0,4u +0,8 +9 e 0,8 = 1 | -9 e 0,8
-9 e -0,4u +0,8 = -9 e 0,8 +1
-9 e -0,4u +0,8 = -19,0299 |:-9
e -0,4u +0,8 = 2,1144 |ln(⋅)
-0,4u +0,8 = ln( 2,1144 )
-0,4u +0,8 = 0,7488 | -0,8
-0,4u = -0,0512 |:(-0,4 )
u = 0,128

Mittelwerte

Beispiel:

Die Menge eines Wirkstoffs im Blut eines Patienten kann zur Zeit x (in min) näherungsweise durch die Funktion f mit f(x)= 6 x -1 (in mg) beschrieben werden. Berechne die mittlere Wirkstoffmenge in mg zwischen Minute 5 und Minute 26 .

Lösung einblenden

Wir berechnen den Mittelwert mit der üblichen Formel:

m = 1 26 -5 5 26 6 x -1 x
= 1 21 5 26 6 ( x -1 ) 1 2 x

= 1 21 [ 4 ( x -1 ) 3 2 ] 5 26

= 1 21 [ 4 ( x -1 ) 3 ] 5 26

= 1 21 ( 4 ( 26 -1 ) 3 -4 ( 5 -1 ) 3 )

= 1 21 ( 4 ( 25 ) 3 -4 ( 4 ) 3 )

= 1 21 ( 4 5 3 -4 2 3 )

= 1 21 ( 4125 -48 )

= 1 21 ( 500 -32 )

= 1 21 · 468

= 156 7


≈ 22,286

uneigentliche Integrale

Beispiel:

Das Schaubild der Funktion f mit f(x)= 1 x -3 schließt mit der x-Achse und der Geraden x=19 eine nach rechts offene Fläche ein.
Untersuche, ob der Flächeninhalt endlich ist und bestimme in diesem Fall diesen Flächeninhalt.


Lösung einblenden
A(u)= 19 u 1 x -3 x
= 19 u ( x -3 ) - 1 2 x

= [ 2 ( x -3 ) 1 2 ] 19 u

= [ 2 x -3 ] 19 u

= 2 u -3 -2 19 -3

= 2 u -3 -2 16

= 2 u -3 -24

= 2 u -3 -8

Für u → ∞ gilt: A(u) = 2 u -3 -8