Aufgabenbeispiele von Anwendungen

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Integralanwendungen BF

Beispiel:

Die Bewegungsgeschwindigkeit eines Körpers lässt sich nährungsweise durch die Funktion f mit f(x)= 1 ( 2x -4 ) 4 (in m/s, x in Sekunden) beschreiben. Nach 3s hat er bereits 6 m zurückgelegt. Wie weit ist er nach 6 Sekunden?

Lösung einblenden
Zuerst berechnen wir die Änderung des Bestands zwischen 3 und 6:
3 6 1 ( 2x -4 ) 4 x
= 3 6 ( 2x -4 ) -4 x

= [ - 1 6 ( 2x -4 ) -3 ] 3 6

= [ - 1 6 ( 2x -4 ) 3 ] 3 6

= - 1 6 ( 26 -4 ) 3 + 1 6 ( 23 -4 ) 3

= - 1 6 ( 12 -4 ) 3 + 1 6 ( 6 -4 ) 3

= - 1 6 8 3 + 1 6 2 3

= - 1 6 ( 1 512 ) + 1 6 ( 1 8 )

= - 1 3072 + 1 48

= - 1 3072 + 64 3072

= 21 1024


≈ 0,021
Der neue Bestand setzt sich aus dem Anfangsbestand bei 3 und der Änderung zwischen 3 und 6 zusammen:
B = 6 + 21 1024 = 6165 1024 ≈ 6.02

Integralanwendungen

Beispiel:

Bei einer Bakterienkultur geht man von einer Wachstumsrate von 4 e 2x -5 Bakterien pro Minute zur Zeit x (in Minuten) aus. Zu Zeitpunkt x=1 sind 37 Bakterien vorhanden. Wie viele sind es nach 2 Minuten?

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

= [ 2 e 2x -5 ] 1 2

= 2 e 22 -5 -2 e 21 -5

= 2 e 4 -5 -2 e 2 -5

= 2 e -1 -2 e -3


≈ 0,636
Der neue Bestand setzt sich aus dem Anfangsbestand bei 1 und der Änderung zwischen 1 und 2 zusammen:
B = 37 + 2 e -1 -2 e -3 ≈ 37.64

Integralfunktion - Gleichung

Beispiel:

Bestimme u > 0 so, dass 0 u 6,3 e -0,9x +0,7 x = 3

Lösung einblenden
0 u 6,3 e -0,9x +0,7 x

= [ -7 e -0,9x +0,7 ] 0 u

= -7 e -0,9u +0,7 +7 e -0,90 +0,7

= -7 e -0,9u +0,7 +7 e 0 +0,7

= -7 e -0,9u +0,7 +7 e 0,7

Diese Integralfunktion soll ja den Wert 3 annehmen, deswegen setzen wir sie gleich :

-7 e -0,9u +0,7 +7 e 0,7 = 3 | -7 e 0,7
-7 e -0,9u +0,7 = -7 e 0,7 +3
-7 e -0,9u +0,7 = -11,0963 |:-7
e -0,9u +0,7 = 1,5852 |ln(⋅)
-0,9u +0,7 = ln( 1,5852 )
-0,9u +0,7 = 0,4607 | -0,7
-0,9u = -0,2393 |:(-0,9 )
u = 0,2659

Mittelwerte

Beispiel:

Die Menge an Wasser in einem Wassertank zur Zeit x (in min) kann näherungsweise durch die Funktion f mit f(x)= 3 e 2x -2 beschrieben werden. Wieviel Wasser sind während der ersten 3 Minuten durchschnittlich im Tank?

Lösung einblenden

Wir berechnen den Mittelwert mit der üblichen Formel:

m = 1 3 +0 0 3 3 e 2x -2 x

= 1 3 [ 3 2 e 2x -2 ] 0 3

= 1 3 ( 3 2 e 23 -2 - 3 2 e 20 -2 )

= 1 3 ( 3 2 e 6 -2 - 3 2 e 0 -2 )

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


≈ 27,231

uneigentliche Integrale

Beispiel:

Das Schaubild der Funktion f mit f(x)= 2 e x -2 schließt mit der x-Achse und der Geraden x=1 eine nach rechts offene Fläche ein.
Untersuche, ob der Flächeninhalt endlich ist und bestimme in diesem Fall diesen Flächeninhalt.


Lösung einblenden
A(u)= 1 u 2 e x -2 x

= [ 2 e x -2 ] 1 u

= 2 e u -2 -2 e 1 -2

= 2 e u -2 -2 e -1

Für u → ∞ gilt: A(u) = 2 e u -2 -2 e -1