Aufgabenbeispiele von Anwendungen

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Integralanwendungen BF

Beispiel:

Bei einer Bakterienkultur geht man von einer Wachstumsrate von 3 e x -3 Bakterien pro Minute zur Zeit x (in Minuten) aus. Zu Zeitpunkt x=0 sind 38 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 x -3 x

= [ 3 e x -3 ] 0 2

= 3 e 2 -3 -3 e 0 -3

= 3 e -1 -3 e -3


≈ 0,954
Der neue Bestand setzt sich aus dem Anfangsbestand bei 0 und der Änderung zwischen 0 und 2 zusammen:
B = 38 + 3 e -1 -3 e -3 ≈ 38.95

Integralanwendungen

Beispiel:

Bei einer Bakterienkultur geht man von einer Wachstumsrate von e 2x -2 Bakterien pro Minute zur Zeit x (in Minuten) aus. Zu Zeitpunkt x=0 sind 70 Bakterien vorhanden. Wie viele sind es nach 2 Minuten?

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

= [ 1 2 e 2x -2 ] 0 2

= 1 2 e 22 -2 - 1 2 e 20 -2

= 1 2 e 4 -2 - 1 2 e 0 -2

= 1 2 e 2 - 1 2 e -2


≈ 3,627
Der neue Bestand setzt sich aus dem Anfangsbestand bei 0 und der Änderung zwischen 0 und 2 zusammen:
B = 70 + 1 2 e 2 - 1 2 e -2 ≈ 73.63

Integralfunktion - Gleichung

Beispiel:

Bestimme u > 0 so, dass 0 u -10x x = -211,25

Lösung einblenden
0 u -10x x

= [ -5 x 2 ] 0 u

= -5 u 2 +5 0 2

= -5 u 2 +50

= -5 u 2 +0

= -5 u 2

Diese Integralfunktion soll ja den Wert -211,25 annehmen, deswegen setzen wir sie gleich :

-5 u 2 = -211,25 |: ( -5 )
u 2 = 42,25 | 2
u1 = - 42,25 = -6,5
u2 = 42,25 = 6,5

Da u= -6,5 < 0 ist u= 6,5 die einzige Lösung.

Mittelwerte

Beispiel:

Bestimme den Mittelwert der Funktionswerte von f mit f(x)= 3 e 3x -4 zwischen 0 und 1.

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Wir berechnen den Mittelwert mit der üblichen Formel:

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

= 1 [ e 3x -4 ] 0 1

= e 31 -4 - e 30 -4

= e 3 -4 - e 0 -4

= e -1 - e -4


≈ 0,35

uneigentliche Integrale

Beispiel:

Das Schaubild der Funktion f mit f(x)= 1 2x -4 schließt mit der x-Achse, der Geraden x= 4 und der Geraden x=2 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 4 1 2x -4 x
= u 4 ( 2x -4 ) - 1 2 x

= [ ( 2x -4 ) 1 2 ] u 4

= [ 2x -4 ] u 4

= 24 -4 - 2u -4

= 8 -4 - 2u -4

= 4 - 2u -4

= 2 - 2u -4

= - 2u -4 +2

Für u → 2 (u>2, also von rechts) gilt: A(u) = - 2u -4 +2 0 +2 = 2 ≈ 2

Für den Flächeninhalt (immer positiv) gilt also I = 2