Aufgabenbeispiele von Anwendungen

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Integralanwendungen BF

Beispiel:

Bei einer Bakterienkultur geht man von einer Wachstumsrate von 5 e 3x -6 Bakterien pro Minute zur Zeit x (in Minuten) aus. Zu Zeitpunkt x=1 sind 24 Bakterien vorhanden. Wie viele sind es nach 2 Minuten?

Lösung einblenden
Zuerst berechnen wir die Änderung des Bestands zwischen 1 und 2:
1 2 5 e 3x -6 x

= [ 5 3 e 3x -6 ] 1 2

= 5 3 e 32 -6 - 5 3 e 31 -6

= 5 3 e 6 -6 - 5 3 e 3 -6

= 5 3 e 0 - 5 3 e -3

= 5 3 - 5 3 e -3


≈ 1,584
Der neue Bestand setzt sich aus dem Anfangsbestand bei 1 und der Änderung zwischen 1 und 2 zusammen:
B = 24 + - 5 3 e -3 + 5 3 ≈ 25.58

Integralanwendungen

Beispiel:

Bei einer Bakterienkultur geht man von einer Wachstumsrate von 3 e 3x -4 Bakterien pro Minute zur Zeit x (in Minuten) aus. Zu Zeitpunkt x=1 sind 21 Bakterien vorhanden. Wie viele sind es nach 2 Minuten?

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

= [ e 3x -4 ] 1 2

= e 32 -4 - e 31 -4

= e 6 -4 - e 3 -4

= e 2 - e -1


≈ 7,021
Der neue Bestand setzt sich aus dem Anfangsbestand bei 1 und der Änderung zwischen 1 und 2 zusammen:
B = 21 + e 2 - e -1 ≈ 28.02

Integralfunktion - Gleichung

Beispiel:

Bestimme u > 3 so, dass 3 u 8x x = 13

Lösung einblenden
3 u 8x x

= [ 4 x 2 ] 3 u

= 4 u 2 -4 3 2

= 4 u 2 -49

= 4 u 2 -36

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

4 u 2 -36 = 13 | +36
4 u 2 = 49 |:4
u 2 = 49 4 | 2
u1 = - 49 4 = - 7 2
u2 = 49 4 = 7 2

Da u= - 7 2 < 3 ist u= 7 2 die einzige Lösung.

Mittelwerte

Beispiel:

Bestimme den Mittelwert der Funktionswerte von f mit f(x)= e 3x -4 zwischen 1 und 2.

Lösung einblenden

Wir berechnen den Mittelwert mit der üblichen Formel:

m = 1 2 -1 1 2 e 3x -4 x

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

= 1 3 e 32 -4 - 1 3 e 31 -4

= 1 3 e 6 -4 - 1 3 e 3 -4

= 1 3 e 2 - 1 3 e -1


≈ 2,34

uneigentliche Integrale

Beispiel:

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


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

= [ - ( -2x +5 ) -1 ] 3 u

= [ - 1 -2x +5 ] 3 u

= - 1 -2u +5 + 1 -23 +5

= - 1 -2u +5 + 1 -6 +5

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

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

Für u → ∞ gilt: A(u) = - 1 -2u +5 -1 0 -1 = -1 ≈ -1

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