Aufgabenbeispiele von Anwendungen

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Integralanwendungen BF

Beispiel:

Bei einer Bakterienkultur geht man von einer Wachstumsrate von 3 e 2x -3 Bakterien pro Minute zur Zeit x (in Minuten) aus. Zu Zeitpunkt x=1 sind 27 Bakterien vorhanden. Wie viele sind es nach 3 Minuten?

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

= [ 3 2 e 2x -3 ] 1 3

= 3 2 e 23 -3 - 3 2 e 21 -3

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

= 3 2 e 3 - 3 2 e -1


≈ 29,576
Der neue Bestand setzt sich aus dem Anfangsbestand bei 1 und der Änderung zwischen 1 und 3 zusammen:
B = 27 + 3 2 e 3 - 3 2 e -1 ≈ 56.58

Integralanwendungen

Beispiel:

Aus einem Wasserhahn läuft Wasser mit der Auslaufgeschwindigkeit f(x)= 2 3x -6 (in Liter pro Minute) in einen Wassertank. Nach 5 Minuten sind 9 Liter im Tank. Wieviel Liter sind nach 31 3 Minuten darin?

Lösung einblenden
Zuerst berechnen wir die Änderung des Bestands zwischen 5 und 31 3 :
5 31 3 2 3x -6 x
= 5 31 3 2 ( 3x -6 ) 1 2 x

= [ 4 9 ( 3x -6 ) 3 2 ] 5 31 3

= [ 4 9 ( 3x -6 ) 3 ] 5 31 3

= 4 9 ( 3( 31 3 ) -6 ) 3 - 4 9 ( 35 -6 ) 3

= 4 9 ( 31 -6 ) 3 - 4 9 ( 15 -6 ) 3

= 4 9 ( 25 ) 3 - 4 9 ( 9 ) 3

= 4 9 5 3 - 4 9 3 3

= 4 9 125 - 4 9 27

= 500 9 -12

= 500 9 - 108 9

= 392 9


≈ 43,556
Der neue Bestand setzt sich aus dem Anfangsbestand bei 5 und der Änderung zwischen 5 und 31 3 zusammen:
B = 9 + 392 9 = 473 9 ≈ 52.56

Integralfunktion - Gleichung

Beispiel:

Bestimme u > 2 so, dass 2 u -6x x = -180

Lösung einblenden
2 u -6x x

= [ -3 x 2 ] 2 u

= -3 u 2 +3 2 2

= -3 u 2 +34

= -3 u 2 +12

Diese Integralfunktion soll ja den Wert -180 annehmen, deswegen setzen wir sie gleich :

-3 u 2 +12 = -180 | -12
-3 u 2 = -192 |: ( -3 )
u 2 = 64 | 2
u1 = - 64 = -8
u2 = 64 = 8

Da u= -8 < 2 ist u= 8 die einzige Lösung.

Mittelwerte

Beispiel:

Bestimme den Mittelwert der Funktionswerte von f mit f(x)= 3 ( 2x -5 ) 2 zwischen 3 und 4.

Lösung einblenden

Wir berechnen den Mittelwert mit der üblichen Formel:

m = 1 4 -3 3 4 3 ( 2x -5 ) 2 x
= 1 3 4 3 ( 2x -5 ) -2 x

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

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

= - 3 2( 24 -5 ) + 3 2( 23 -5 )

= - 3 2( 8 -5 ) + 3 2( 6 -5 )

= - 3 2 3 + 3 2

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

= - 1 2 + 3 2

= -0,5 +1,5

= 1

uneigentliche Integrale

Beispiel:

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


Lösung einblenden
A(u)= 2 u - 3 -3x +5 x
= 2 u -3 ( -3x +5 ) -1 x

= [ ln( | -3x +5 | ) ] 2 u

= ln( | -3( u ) +5 | ) - ln( | -32 +5 | )

= ln( | -3u +5 | ) - ln( | -6 +5 | )

= ln( | -3u +5 | ) - ln( 1 )

= ln( | -3u +5 | ) +0

= ln( | -3x +5 | )

Für u → ∞ gilt: A(u) = ln( | -3x +5 | )