Aufgabenbeispiele von Anwendungen

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Integralanwendungen BF

Beispiel:

Bei einer Bakterienkultur geht man von einer Wachstumsrate von 2 e 2x -2 Bakterien pro Minute zur Zeit x (in Minuten) aus. Zu Zeitpunkt x=2 sind 78 Bakterien vorhanden. Wie viele sind es nach 4 Minuten?

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

= [ e 2x -2 ] 2 4

= e 24 -2 - e 22 -2

= e 8 -2 - e 4 -2

= e 6 - e 2


≈ 396,04
Der neue Bestand setzt sich aus dem Anfangsbestand bei 2 und der Änderung zwischen 2 und 4 zusammen:
B = 78 + e 6 - e 2 ≈ 474.04

Integralanwendungen

Beispiel:

Die Bewegungsgeschwindigkeit eines Körpers lässt sich nährungsweise durch die Funktion f mit f(x)= 3 3x -3 (in m/s, x in Sekunden) beschreiben. Nach 7 3 s hat er bereits 11 m zurückgelegt. Wie weit ist er nach 19 3 Sekunden?

Lösung einblenden
Zuerst berechnen wir die Änderung des Bestands zwischen 7 3 und 19 3 :
7 3 19 3 3 3x -3 x
= 7 3 19 3 3 ( 3x -3 ) 1 2 x

= [ 2 3 ( 3x -3 ) 3 2 ] 7 3 19 3

= [ 2 3 ( 3x -3 ) 3 ] 7 3 19 3

= 2 3 ( 3( 19 3 ) -3 ) 3 - 2 3 ( 3( 7 3 ) -3 ) 3

= 2 3 ( 19 -3 ) 3 - 2 3 ( 7 -3 ) 3

= 2 3 ( 16 ) 3 - 2 3 ( 4 ) 3

= 2 3 4 3 - 2 3 2 3

= 2 3 64 - 2 3 8

= 128 3 - 16 3

= 112 3


≈ 37,333
Der neue Bestand setzt sich aus dem Anfangsbestand bei 7 3 und der Änderung zwischen 7 3 und 19 3 zusammen:
B = 11 + 112 3 = 145 3 ≈ 48.33

Integralfunktion - Gleichung

Beispiel:

Bestimme u > 0 so, dass 0 u 2,4 e 0,8x -0,8 x = 7

Lösung einblenden
0 u 2,4 e 0,8x -0,8 x

= [ 3 e 0,8x -0,8 ] 0 u

= 3 e 0,8u -0,8 -3 e 0,80 -0,8

= 3 e 0,8u -0,8 -3 e 0 -0,8

= 3 e 0,8u -0,8 -3 e -0,8

Diese Integralfunktion soll ja den Wert 7 annehmen, deswegen setzen wir sie gleich :

3 e 0,8u -0,8 -3 e -0,8 = 7 | +3 e -0,8
3 e 0,8u -0,8 = 3 e -0,8 +7
3 e 0,8u -0,8 = 8,348 |:3
e 0,8u -0,8 = 2,7827 |ln(⋅)
0,8u -0,8 = ln( 2,7827 )
0,8u -0,8 = 1,0234 | +0,8
0,8u = 1,8234 |:0,8
u = 2,2793

Mittelwerte

Beispiel:

Die Menge eines Wirkstoffs im Blut eines Patienten kann zur Zeit x (in min) näherungsweise durch die Funktion f mit f(x)= 3 ( x -2 ) 2 (in mg) beschrieben werden. Berechne die mittlere Wirkstoffmenge in mg zwischen Minute 1 und Minute 4.

Lösung einblenden

Wir berechnen den Mittelwert mit der üblichen Formel:

m = 1 4 -1 1 4 3 ( x -2 ) 2 x

= 1 3 [ ( x -2 ) 3 ] 1 4

= 1 3 ( ( 4 -2 ) 3 - ( 1 -2 ) 3 )

= 1 3 ( 2 3 - ( -1 ) 3 )

= 1 3 ( 8 - ( -1 ) )

= 1 3 ( 8 +1 )

= 1 3 · 9

= 3

uneigentliche Integrale

Beispiel:

Das Schaubild der Funktion f mit f(x)= - 1 2x -2 schließt mit der x-Achse, der Geraden x= 3 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 3 - 1 2x -2 x
= u 3 - ( 2x -2 ) - 1 2 x

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

= [ - 2x -2 ] u 3

= - 23 -2 + 2u -2

= - 6 -2 + 2u -2

= - 4 + 2u -2

= -2 + 2u -2

= 2u -2 -2

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

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