Aufgabenbeispiele von Anwendungen

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Integralanwendungen BF

Beispiel:

Bei einer Bakterienkultur geht man von einer Wachstumsrate von 5 e 2x -3 Bakterien pro Minute zur Zeit x (in Minuten) aus. Zu Zeitpunkt x=0 sind 40 Bakterien vorhanden. Wie viele sind es nach 2 Minuten?

Lösung einblenden
Zuerst berechnen wir die Änderung des Bestands zwischen 0 und 2:
0 2 5 e 2x -3 x

= [ 5 2 e 2x -3 ] 0 2

= 5 2 e 22 -3 - 5 2 e 20 -3

= 5 2 e 4 -3 - 5 2 e 0 -3

= 5 2 e 1 - 5 2 e -3

= 5 2 e - 5 2 e -3


≈ 6,671
Der neue Bestand setzt sich aus dem Anfangsbestand bei 0 und der Änderung zwischen 0 und 2 zusammen:
B = 40 + - 5 2 e -3 + 5 2 e ≈ 46.67

Integralanwendungen

Beispiel:

Die Bewegungsgeschwindigkeit eines Körpers lässt sich nährungsweise durch die Funktion f mit f(x)= 6 x -2 (in m/s, x in Sekunden) beschreiben. Nach 18 s hat er bereits 15 m zurückgelegt. Wie weit ist er nach 27 Sekunden?

Lösung einblenden
Zuerst berechnen wir die Änderung des Bestands zwischen 18 und 27:
18 27 6 x -2 x
= 18 27 6 ( x -2 ) 1 2 x

= [ 4 ( x -2 ) 3 2 ] 18 27

= [ 4 ( x -2 ) 3 ] 18 27

= 4 ( 27 -2 ) 3 -4 ( 18 -2 ) 3

= 4 ( 25 ) 3 -4 ( 16 ) 3

= 4 5 3 -4 4 3

= 4125 -464

= 500 -256

= 244

Der neue Bestand setzt sich aus dem Anfangsbestand bei 18 und der Änderung zwischen 18 und 27 zusammen:
B = 15 + 244 = 259

Integralfunktion - Gleichung

Beispiel:

Bestimme u > 1 so, dass 1 u ( 10x +3 ) x = 30,75

Lösung einblenden
1 u ( 10x +3 ) x

= [ 5 x 2 +3x ] 1 u

= 5 u 2 +3u - ( 5 1 2 +31 )

= 5 u 2 +3u - ( 51 +3 )

= 5 u 2 +3u - ( 5 +3 )

= 5 u 2 +3u -1 · 8

= 5 u 2 +3u -8

Diese Integralfunktion soll ja den Wert 30,75 annehmen, deswegen setzen wir sie gleich :

5 u 2 +3u -8 = 30,75 | -30,75

5 u 2 +3u -38,75 = 0

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

u1,2 = -3 ± 3 2 -4 · 5 · ( -38,75 ) 25

u1,2 = -3 ± 9 +775 10

u1,2 = -3 ± 784 10

u1 = -3 + 784 10 = -3 +28 10 = 25 10 = 2,5

u2 = -3 - 784 10 = -3 -28 10 = -31 10 = -3,1

Da u= -3,1 < 1 ist u= 2,5 die einzige Lösung.

Mittelwerte

Beispiel:

Die Temperatur an einem Wintertag kann näherungsweise durch die Funktion f mit f(x)= sin( x + 1 2 π) beschrieben werden. Bestimme die Durchschnittstemperatur zwischen 1 2 π und 3 2 π .

Lösung einblenden

Wir berechnen den Mittelwert mit der üblichen Formel:

m = 1 3 2 π - 1 2 π 1 2 π 3 2 π sin( x + 1 2 π) x

= 1 π [ - cos( x + 1 2 π) ] 1 2 π 3 2 π

= 1 π · ( - cos( 3 2 π + 1 2 π) + cos( 1 2 π + 1 2 π) )

= 1 π · ( - cos(2π) + cos(π) )

= 1 π · ( -1 -1 )

= -1 -1 π

= -2 π

= - 2 π


≈ -0,637

uneigentliche Integrale

Beispiel:

Das Schaubild der Funktion f mit f(x)= 1 2x -2 schließt mit der x-Achse, der Geraden x= 1,5 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 1,5 1 2x -2 x
= u 1,5 ( 2x -2 ) - 1 2 x

= [ ( 2x -2 ) 1 2 ] u 1,5

= [ 2x -2 ] u 1,5

= 21,5 -2 - 2u -2

= 3 -2 - 2u -2

= 1 - 2u -2

= 1 - 2u -2

= - 2u -2 +1

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

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