Aufgabenbeispiele von Anwendungen

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Integralanwendungen BF

Beispiel:

Bei einer Bakterienkultur geht man von einer Wachstumsrate von 3 e 3x -6 Bakterien pro Minute zur Zeit x (in Minuten) aus. Zu Zeitpunkt x=1 sind 38 Bakterien vorhanden. Wie viele sind es nach 2 Minuten?

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

= [ e 3x -6 ] 1 2

= e 32 -6 - e 31 -6

= e 6 -6 - e 3 -6

= e 0 - e -3

= 1 - e -3


≈ 0,95
Der neue Bestand setzt sich aus dem Anfangsbestand bei 1 und der Änderung zwischen 1 und 2 zusammen:
B = 38 + - e -3 +1 ≈ 38.95

Integralanwendungen

Beispiel:

Bei einer Bakterienkultur geht man von einer Wachstumsrate von 4 e x -2 Bakterien pro Minute zur Zeit x (in Minuten) aus. Zu Zeitpunkt x=2 sind 68 Bakterien vorhanden. Wie viele sind es nach 5 Minuten?

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Zuerst berechnen wir die Änderung des Bestands zwischen 2 und 5:
2 5 4 e x -2 x

= [ 4 e x -2 ] 2 5

= 4 e 5 -2 -4 e 2 -2

= 4 e 3 -4 e 0

= 4 e 3 -4


≈ 76,342
Der neue Bestand setzt sich aus dem Anfangsbestand bei 2 und der Änderung zwischen 2 und 5 zusammen:
B = 68 + 4 e 3 -4 ≈ 144.34

Integralfunktion - Gleichung

Beispiel:

Bestimme u > 0 so, dass 0 u 1,8 e 0,2x -0,5 x = 16

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0 u 1,8 e 0,2x -0,5 x

= [ 9 e 0,2x -0,5 ] 0 u

= 9 e 0,2u -0,5 -9 e 0,20 -0,5

= 9 e 0,2u -0,5 -9 e 0 -0,5

= 9 e 0,2u -0,5 -9 e -0,5

Diese Integralfunktion soll ja den Wert 16 annehmen, deswegen setzen wir sie gleich :

9 e 0,2u -0,5 -9 e -0,5 = 16 | +9 e -0,5
9 e 0,2u -0,5 = 9 e -0,5 +16
9 e 0,2u -0,5 = 21,4588 |:9
e 0,2u -0,5 = 2,3843 |ln(⋅)
0,2u -0,5 = ln( 2,3843 )
0,2u -0,5 = 0,8689 | +0,5
0,2u = 1,3689 |:0,2
u = 6,8445

Mittelwerte

Beispiel:

Die Menge eines Wirkstoffs im Blut eines Patienten kann zur Zeit x (in min) näherungsweise durch die Funktion f mit f(x)= 3 3x -6 (in mg) beschrieben werden. Berechne die mittlere Wirkstoffmenge in mg zwischen Minute 4 und Minute 6.

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Wir berechnen den Mittelwert mit der üblichen Formel:

m = 1 6 -4 4 6 3 3x -6 x
= 1 2 4 6 3 ( 3x -6 ) -1 x

= 1 2 [ ln( | 3x -6 | ) ] 4 6

= 1 2 ( ln( | 36 -6 | ) - ln( | 34 -6 | ) )

= 1 2 ( ln( | 18 -6 | ) - ln( | 12 -6 | ) )

= 1 2 ( ln( 12 ) - ln( | 12 -6 | ) )

= 1 2 ( ln( 12 ) - ln( 6 ) )


≈ 0,347

uneigentliche Integrale

Beispiel:

Das Schaubild der Funktion f mit f(x)= 2 ( 2x -5 ) 3 schließt mit der x-Achse und der Geraden x=7 eine nach rechts offene Fläche ein.
Untersuche, ob der Flächeninhalt endlich ist und bestimme in diesem Fall diesen Flächeninhalt.


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A(u)= 7 u 2 ( 2x -5 ) 3 x
= 7 u 2 ( 2x -5 ) - 3 2 x

= [ -2 ( 2x -5 ) - 1 2 ] 7 u

= [ - 2 2x -5 ] 7 u

= - 2 2u -5 + 2 27 -5

= - 2 2u -5 + 2 14 -5

= - 2 2u -5 + 2 9

= - 2 2u -5 + 2 3

= - 2 2u -5 +2( 1 3 )

= - 2 2u -5 + 2 3

Für u → ∞ gilt: A(u) = - 2 2u -5 + 2 3 0 + 2 3 = 2 3 ≈ 0.667

Für den Flächeninhalt (immer positiv) gilt also I = 0.667