Aufgabenbeispiele von Anwendungen

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


Integralanwendungen BF

Beispiel:

Die Bewegungsgeschwindigkeit eines Körpers lässt sich nährungsweise durch die Funktion f mit f(x)= 5 3x -3 (in m/s, x in Sekunden) beschreiben. Nach 19 3 s hat er bereits 2 m zurückgelegt. Wie weit ist er nach 28 3 Sekunden?

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

= [ 10 9 ( 3x -3 ) 3 2 ] 19 3 28 3

= [ 10 9 ( 3x -3 ) 3 ] 19 3 28 3

= 10 9 ( 3( 28 3 ) -3 ) 3 - 10 9 ( 3( 19 3 ) -3 ) 3

= 10 9 ( 28 -3 ) 3 - 10 9 ( 19 -3 ) 3

= 10 9 ( 25 ) 3 - 10 9 ( 16 ) 3

= 10 9 5 3 - 10 9 4 3

= 10 9 125 - 10 9 64

= 1250 9 - 640 9

= 610 9


≈ 67,778
Der neue Bestand setzt sich aus dem Anfangsbestand bei 19 3 und der Änderung zwischen 19 3 und 28 3 zusammen:
B = 2 + 610 9 = 628 9 ≈ 69.78

Integralanwendungen

Beispiel:

Bei einer Bakterienkultur geht man von einer Wachstumsrate von 3 e 2x -4 Bakterien pro Minute zur Zeit x (in Minuten) aus. Zu Zeitpunkt x=0 sind 55 Bakterien vorhanden. Wie viele sind es nach 3 Minuten?

Lösung einblenden
Zuerst berechnen wir die Änderung des Bestands zwischen 0 und 3:
0 3 3 e 2x -4 x

= [ 3 2 e 2x -4 ] 0 3

= 3 2 e 23 -4 - 3 2 e 20 -4

= 3 2 e 6 -4 - 3 2 e 0 -4

= 3 2 e 2 - 3 2 e -4


≈ 11,056
Der neue Bestand setzt sich aus dem Anfangsbestand bei 0 und der Änderung zwischen 0 und 3 zusammen:
B = 55 + 3 2 e 2 - 3 2 e -4 ≈ 66.06

Integralfunktion - Gleichung

Beispiel:

Bestimme u > 2 so, dass 2 u -10x x = -131,25

Lösung einblenden
2 u -10x x

= [ -5 x 2 ] 2 u

= -5 u 2 +5 2 2

= -5 u 2 +54

= -5 u 2 +20

Diese Integralfunktion soll ja den Wert -131,25 annehmen, deswegen setzen wir sie gleich :

-5 u 2 +20 = -131,25 | -20
-5 u 2 = -151,25 |: ( -5 )
u 2 = 30,25 | 2
u1 = - 30,25 = -5,5
u2 = 30,25 = 5,5

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

Mittelwerte

Beispiel:

Die Temperatur an einem Wintertag kann näherungsweise durch die Funktion f mit f(x)= 2 sin( x + 1 2 π) beschrieben werden. Bestimme die Durchschnittstemperatur zwischen 1 2 π und π .

Lösung einblenden

Wir berechnen den Mittelwert mit der üblichen Formel:

m = 1 π - 1 2 π 1 2 π π 2 sin( x + 1 2 π) x

= 2 π [ -2 cos( x + 1 2 π) ] 1 2 π π

= 2 π · ( -2 cos( π + 1 2 π) +2 cos( 1 2 π + 1 2 π) )

= 2 π · ( -2 cos( 3 2 π) +2 cos(π) )

= 2 π · ( -20 +2( -1 ) )

= 2 π · ( 0 -2 )

= 2 π · ( -2 )

= - 4 π


≈ -1,273

uneigentliche Integrale

Beispiel:

Das Schaubild der Funktion f mit f(x)= - 1 x -1 schließt mit der x-Achse, der Geraden x= 10 und der Geraden x=1 eine nach oben bzw. unten offene Fläche ein.
Untersuche, ob der Flächeninhalt endlich ist und bestimme in diesem Fall diesen Flächeninhalt.


Lösung einblenden
A(u)= u 10 - 1 x -1 x
= u 10 - ( x -1 ) - 1 2 x

= [ -2 ( x -1 ) 1 2 ] u 10

= [ -2 x -1 ] u 10

= -2 10 -1 +2 u -1

= -2 9 +2 u -1

= -23 +2 u -1

= -6 +2 u -1

Für u → 1 (u>1, also von rechts) gilt: A(u) = 2 u -1 -6 0 -6 = -6 ≈ -6

Für den Flächeninhalt (immer positiv) gilt also I = 6