Aufgabenbeispiele von Anwendungen

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Integralanwendungen BF

Beispiel:

Bei einer Bakterienkultur geht man von einer Wachstumsrate von 2 e 2x -5 Bakterien pro Minute zur Zeit x (in Minuten) aus. Zu Zeitpunkt x=2 sind 75 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 -5 x

= [ e 2x -5 ] 2 4

= e 24 -5 - e 22 -5

= e 8 -5 - e 4 -5

= e 3 - e -1


≈ 19,718
Der neue Bestand setzt sich aus dem Anfangsbestand bei 2 und der Änderung zwischen 2 und 4 zusammen:
B = 75 + e 3 - e -1 ≈ 94.72

Integralanwendungen

Beispiel:

Die Bewegungsgeschwindigkeit eines Körpers lässt sich nährungsweise durch die Funktion f mit f(x)= 3 3x -5 (in m/s, x in Sekunden) beschreiben. Nach 3s hat er bereits 10 m zurückgelegt. Wie weit ist er nach 6 Sekunden?

Lösung einblenden
Zuerst berechnen wir die Änderung des Bestands zwischen 3 und 6:
3 6 3 3x -5 x
= 3 6 3 ( 3x -5 ) -1 x

= [ ln( | 3x -5 | ) ] 3 6

= ln( | 36 -5 | ) - ln( | 33 -5 | )

= ln( | 18 -5 | ) - ln( | 9 -5 | )

= ln( 13 ) - ln( | 9 -5 | )

= ln( 13 ) - ln( 4 )


≈ 1,179
Der neue Bestand setzt sich aus dem Anfangsbestand bei 3 und der Änderung zwischen 3 und 6 zusammen:
B = 10 + ln( | 13 | ) - ln( | 4 | ) ≈ 11.18

Integralfunktion - Gleichung

Beispiel:

Bestimme u > 0 so, dass 0 u -6x x = -108

Lösung einblenden
0 u -6x x

= [ -3 x 2 ] 0 u

= -3 u 2 +3 0 2

= -3 u 2 +30

= -3 u 2 +0

= -3 u 2

Diese Integralfunktion soll ja den Wert -108 annehmen, deswegen setzen wir sie gleich :

-3 u 2 = -108 |: ( -3 )
u 2 = 36 | 2
u1 = - 36 = -6
u2 = 36 = 6

Da u= -6 < 0 ist u= 6 die einzige Lösung.

Mittelwerte

Beispiel:

Bestimme den Mittelwert der Funktionswerte von f mit f(x)= 6 cos( x - 1 2 π) zwischen 0 und π .

Lösung einblenden

Wir berechnen den Mittelwert mit der üblichen Formel:

m = 1 π+0 0 π 6 cos( x - 1 2 π) x

= 1 π [ 6 sin( x - 1 2 π) ] 0 π

= 1 π · ( 6 sin( π - 1 2 π) -6 sin( 0 - 1 2 π) )

= 1 π · ( 6 sin( 1 2 π) -6 sin( - 1 2 π) )

= 1 π · ( 61 -6( -1 ) )

= 1 π · ( 6 +6 )

= 1 π · 12

= 12 π


≈ 3,82

uneigentliche Integrale

Beispiel:

Das Schaubild der Funktion f mit f(x)= 2 x -2 schließt mit der x-Achse und der Geraden x=11 eine nach rechts offene Fläche ein.
Untersuche, ob der Flächeninhalt endlich ist und bestimme in diesem Fall diesen Flächeninhalt.


Lösung einblenden
A(u)= 11 u 2 x -2 x
= 11 u 2 ( x -2 ) - 1 2 x

= [ 4 ( x -2 ) 1 2 ] 11 u

= [ 4 x -2 ] 11 u

= 4 u -2 -4 11 -2

= 4 u -2 -4 9

= 4 u -2 -43

= 4 u -2 -12

Für u → ∞ gilt: A(u) = 4 u -2 -12