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=0 sind 60 Bakterien vorhanden. Wie viele sind es nach 2 Minuten?

Lösung einblenden
Zuerst berechnen wir die Änderung des Bestands zwischen 0 und 2:
0 2 3 e 3x -6 x

= [ e 3x -6 ] 0 2

= e 32 -6 - e 30 -6

= e 6 -6 - e 0 -6

= e 0 - e -6

= 1 - e -6


≈ 0,998
Der neue Bestand setzt sich aus dem Anfangsbestand bei 0 und der Änderung zwischen 0 und 2 zusammen:
B = 60 + - e -6 +1 ≈ 61

Integralanwendungen

Beispiel:

Aus einem Wasserhahn läuft Wasser mit der Auslaufgeschwindigkeit f(x)= 3x -5 (in Liter pro Minute) in einen Wassertank. Nach 14 3 Minuten sind 8 Liter im Tank. Wieviel Liter sind nach 10 Minuten darin?

Lösung einblenden
Zuerst berechnen wir die Änderung des Bestands zwischen 14 3 und 10:
14 3 10 3x -5 x
= 14 3 10 ( 3x -5 ) 1 2 x

= [ 2 9 ( 3x -5 ) 3 2 ] 14 3 10

= [ 2 9 ( 3x -5 ) 3 ] 14 3 10

= 2 9 ( 310 -5 ) 3 - 2 9 ( 3( 14 3 ) -5 ) 3

= 2 9 ( 30 -5 ) 3 - 2 9 ( 14 -5 ) 3

= 2 9 ( 25 ) 3 - 2 9 ( 9 ) 3

= 2 9 5 3 - 2 9 3 3

= 2 9 125 - 2 9 27

= 250 9 -6

= 250 9 - 54 9

= 196 9


≈ 21,778
Der neue Bestand setzt sich aus dem Anfangsbestand bei 14 3 und der Änderung zwischen 14 3 und 10 zusammen:
B = 8 + 196 9 = 268 9 ≈ 29.78

Integralfunktion - Gleichung

Beispiel:

Bestimme u > 1 so, dass 1 u ( -8x +5 ) x = -13,5

Lösung einblenden
1 u ( -8x +5 ) x

= [ -4 x 2 +5x ] 1 u

= -4 u 2 +5u - ( -4 1 2 +51 )

= -4 u 2 +5u - ( -41 +5 )

= -4 u 2 +5u - ( -4 +5 )

= -4 u 2 +5u -1 · 1

= -4 u 2 +5u -1

Diese Integralfunktion soll ja den Wert -13,5 annehmen, deswegen setzen wir sie gleich :

-4 u 2 +5u -1 = -13,5 | +13,5

-4 u 2 +5u +12,5 = 0

eingesetzt in die Mitternachtsformel (a-b-c-Formel):

u1,2 = -5 ± 5 2 -4 · ( -4 ) · 12,5 2( -4 )

u1,2 = -5 ± 25 +200 -8

u1,2 = -5 ± 225 -8

u1 = -5 + 225 -8 = -5 +15 -8 = 10 -8 = -1,25

u2 = -5 - 225 -8 = -5 -15 -8 = -20 -8 = 2,5

Da u= -1,25 < 1 ist u= 2,5 die einzige Lösung.

Mittelwerte

Beispiel:

Die Menge an Wasser in einem Wassertank zur Zeit x (in min) kann näherungsweise durch die Funktion f mit f(x)= 5 e x -2 beschrieben werden. Wieviel Wasser sind während der ersten 1 Minuten durchschnittlich im Tank?

Lösung einblenden

Wir berechnen den Mittelwert mit der üblichen Formel:

m = 1 1 +0 0 1 5 e x -2 x

= 1 [ 5 e x -2 ] 0 1

= 5 e 1 -2 -5 e 0 -2

= 5 e -1 -5 e -2


≈ 1,163

uneigentliche Integrale

Beispiel:

Das Schaubild der Funktion f mit f(x)= - 3 x -2 schließt mit der x-Achse und der Geraden x=18 eine nach rechts offene Fläche ein.
Untersuche, ob der Flächeninhalt endlich ist und bestimme in diesem Fall diesen Flächeninhalt.


Lösung einblenden
A(u)= 18 u - 3 x -2 x
= 18 u -3 ( x -2 ) - 1 2 x

= [ -6 ( x -2 ) 1 2 ] 18 u

= [ -6 x -2 ] 18 u

= -6 u -2 +6 18 -2

= -6 u -2 +6 16

= -6 u -2 +64

= -6 u -2 +24

Für u → ∞ gilt: A(u) = -6 u -2 +24 -