Aufgabenbeispiele von Anwendungen

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Integralanwendungen BF

Beispiel:

Bei einer Bakterienkultur geht man von einer Wachstumsrate von 5 e x -3 Bakterien pro Minute zur Zeit x (in Minuten) aus. Zu Zeitpunkt x=0 sind 22 Bakterien vorhanden. Wie viele sind es nach 3 Minuten?

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

= [ 5 e x -3 ] 0 3

= 5 e 3 -3 -5 e 0 -3

= 5 e 0 -5 e -3

= 5 -5 e -3


≈ 4,751
Der neue Bestand setzt sich aus dem Anfangsbestand bei 0 und der Änderung zwischen 0 und 3 zusammen:
B = 22 + -5 e -3 +5 ≈ 26.75

Integralanwendungen

Beispiel:

Bei einer Bakterienkultur geht man von einer Wachstumsrate von e 2x -5 Bakterien pro Minute zur Zeit x (in Minuten) aus. Zu Zeitpunkt x=1 sind 40 Bakterien vorhanden. Wie viele sind es nach 4 Minuten?

Lösung einblenden
Zuerst berechnen wir die Änderung des Bestands zwischen 1 und 4:
1 4 e 2x -5 x

= [ 1 2 e 2x -5 ] 1 4

= 1 2 e 24 -5 - 1 2 e 21 -5

= 1 2 e 8 -5 - 1 2 e 2 -5

= 1 2 e 3 - 1 2 e -3


≈ 10,018
Der neue Bestand setzt sich aus dem Anfangsbestand bei 1 und der Änderung zwischen 1 und 4 zusammen:
B = 40 + 1 2 e 3 - 1 2 e -3 ≈ 50.02

Integralfunktion - Gleichung

Beispiel:

Bestimme u > 0 so, dass 0 u 0,8 e -0,4x +0,7 x = 1

Lösung einblenden
0 u 0,8 e -0,4x +0,7 x

= [ -2 e -0,4x +0,7 ] 0 u

= -2 e -0,4u +0,7 +2 e -0,40 +0,7

= -2 e -0,4u +0,7 +2 e 0 +0,7

= -2 e -0,4u +0,7 +2 e 0,7

Diese Integralfunktion soll ja den Wert 1 annehmen, deswegen setzen wir sie gleich :

-2 e -0,4u +0,7 +2 e 0,7 = 1 | -2 e 0,7
-2 e -0,4u +0,7 = -2 e 0,7 +1
-2 e -0,4u +0,7 = -3,0275 |:-2
e -0,4u +0,7 = 1,5138 |ln(⋅)
-0,4u +0,7 = ln( 1,5138 )
-0,4u +0,7 = 0,4146 | -0,7
-0,4u = -0,2854 |:(-0,4 )
u = 0,7135

Mittelwerte

Beispiel:

Die Temperatur an einem Wintertag kann näherungsweise durch die Funktion f mit f(x)= 5 sin( x - 3 2 π) beschrieben werden. Bestimme die Durchschnittstemperatur zwischen 0 und π .

Lösung einblenden

Wir berechnen den Mittelwert mit der üblichen Formel:

m = 1 π+0 0 π 5 sin( x - 3 2 π) x

= 1 π [ -5 cos( x - 3 2 π) ] 0 π

= 1 π · ( -5 cos( π - 3 2 π) +5 cos( 0 - 3 2 π) )

= 1 π · ( -5 cos( - 1 2 π) +5 cos( - 3 2 π) )

= 1 π · ( -50 +50 )

= 1 π · ( 0+0 )

= 1 π · 0

= 0

uneigentliche Integrale

Beispiel:

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


Lösung einblenden
A(u)= 0 u -3 e 3x -5 x

= [ - e 3x -5 ] 0 u

= - e 3u -5 + e 30 -5

= - e 3u -5 + e 0 -5

= - e 3u -5 + e -5

Für u → ∞ gilt: A(u) = - e 3u -5 + e -5 -