Aufgabenbeispiele von Anwendungen

Durch Aktualisieren des Browsers (z.B. mit Taste F5) kann man neue Beispielaufgaben sehen


Integralanwendungen BF

Beispiel:

Bei einer Bakterienkultur geht man von einer Wachstumsrate von e 2x -3 Bakterien pro Minute zur Zeit x (in Minuten) aus. Zu Zeitpunkt x=1 sind 40 Bakterien vorhanden. Wie viele sind es nach 4 Minuten?

Lösung einblenden
Zuerst berechnen wir die Änderung des Bestands zwischen 1 und 4:
1 4 e 2x -3 x

= [ 1 2 e 2x -3 ] 1 4

= 1 2 e 24 -3 - 1 2 e 21 -3

= 1 2 e 8 -3 - 1 2 e 2 -3

= 1 2 e 5 - 1 2 e -1


≈ 74,023
Der neue Bestand setzt sich aus dem Anfangsbestand bei 1 und der Änderung zwischen 1 und 4 zusammen:
B = 40 + 1 2 e 5 - 1 2 e -1 ≈ 114.02

Integralanwendungen

Beispiel:

Die Bewegungsgeschwindigkeit eines Körpers lässt sich nährungsweise durch die Funktion f mit f(x)= 5 x -3 (in m/s, x in Sekunden) beschreiben. Nach 19 s hat er bereits 5 m zurückgelegt. Wie weit ist er nach 28 Sekunden?

Lösung einblenden
Zuerst berechnen wir die Änderung des Bestands zwischen 19 und 28:
19 28 5 x -3 x
= 19 28 5 ( x -3 ) 1 2 x

= [ 10 3 ( x -3 ) 3 2 ] 19 28

= [ 10 3 ( x -3 ) 3 ] 19 28

= 10 3 ( 28 -3 ) 3 - 10 3 ( 19 -3 ) 3

= 10 3 ( 25 ) 3 - 10 3 ( 16 ) 3

= 10 3 5 3 - 10 3 4 3

= 10 3 125 - 10 3 64

= 1250 3 - 640 3

= 610 3


≈ 203,333
Der neue Bestand setzt sich aus dem Anfangsbestand bei 19 und der Änderung zwischen 19 und 28 zusammen:
B = 5 + 610 3 = 625 3 ≈ 208.33

Integralfunktion - Gleichung

Beispiel:

Bestimme u > 1 so, dass 1 u -8x x = -32

Lösung einblenden
1 u -8x x

= [ -4 x 2 ] 1 u

= -4 u 2 +4 1 2

= -4 u 2 +41

= -4 u 2 +4

Diese Integralfunktion soll ja den Wert -32 annehmen, deswegen setzen wir sie gleich :

-4 u 2 +4 = -32 | -4
-4 u 2 = -36 |: ( -4 )
u 2 = 9 | 2
u1 = - 9 = -3
u2 = 9 = 3

Da u= -3 < 1 ist u= 3 die einzige Lösung.

Mittelwerte

Beispiel:

Bestimme den Mittelwert der Funktionswerte von f mit f(x)= 3 e 3x -4 zwischen 0 und 3.

Lösung einblenden

Wir berechnen den Mittelwert mit der üblichen Formel:

m = 1 3 +0 0 3 3 e 3x -4 x

= 1 3 [ e 3x -4 ] 0 3

= 1 3 ( e 33 -4 - e 30 -4 )

= 1 3 ( e 9 -4 - e 0 -4 )

= 1 3 ( e 5 - e -4 )


≈ 49,465

uneigentliche Integrale

Beispiel:

Das Schaubild der Funktion f mit f(x)= e -x +2 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 e -x +2 x

= [ - e -x +2 ] 2 u

= - e -u +2 + e -2 +2

= - e -u +2 + e 0

= - e -u +2 +1

Für u → ∞ gilt: A(u) = - e -u +2 +1 0 +1 = 1 ≈ 1

Für den Flächeninhalt (immer positiv) gilt also I = 1