Aufgabenbeispiele von Anwendungen

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Integralanwendungen BF

Beispiel:

Die Bewegungsgeschwindigkeit eines Körpers lässt sich nährungsweise durch die Funktion f mit f(x)= 2 x -1 (in m/s, x in Sekunden) beschreiben. Nach 10 s hat er bereits 19 m zurückgelegt. Wie weit ist er nach 17 Sekunden?

Lösung einblenden
Zuerst berechnen wir die Änderung des Bestands zwischen 10 und 17:
10 17 2 x -1 x
= 10 17 2 ( x -1 ) 1 2 x

= [ 4 3 ( x -1 ) 3 2 ] 10 17

= [ 4 3 ( x -1 ) 3 ] 10 17

= 4 3 ( 17 -1 ) 3 - 4 3 ( 10 -1 ) 3

= 4 3 ( 16 ) 3 - 4 3 ( 9 ) 3

= 4 3 4 3 - 4 3 3 3

= 4 3 64 - 4 3 27

= 256 3 -36

= 256 3 - 108 3

= 148 3


≈ 49,333
Der neue Bestand setzt sich aus dem Anfangsbestand bei 10 und der Änderung zwischen 10 und 17 zusammen:
B = 19 + 148 3 = 205 3 ≈ 68.33

Integralanwendungen

Beispiel:

Bei einer Bakterienkultur geht man von einer Wachstumsrate von 4 e 2x -1 Bakterien pro Minute zur Zeit x (in Minuten) aus. Zu Zeitpunkt x=1 sind 80 Bakterien vorhanden. Wie viele sind es nach 4 Minuten?

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

= [ 2 e 2x -1 ] 1 4

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

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

= 2 e 7 -2 e 1

= 2 e 7 -2e


≈ 2187,83
Der neue Bestand setzt sich aus dem Anfangsbestand bei 1 und der Änderung zwischen 1 und 4 zusammen:
B = 80 + 2 e 7 -2e ≈ 2267.83

Integralfunktion - Gleichung

Beispiel:

Bestimme u > 0 so, dass 0 u 0,6 e 0,3x -0,8 x = 20

Lösung einblenden
0 u 0,6 e 0,3x -0,8 x

= [ 2 e 0,3x -0,8 ] 0 u

= 2 e 0,3u -0,8 -2 e 0,30 -0,8

= 2 e 0,3u -0,8 -2 e 0 -0,8

= 2 e 0,3u -0,8 -2 e -0,8

Diese Integralfunktion soll ja den Wert 20 annehmen, deswegen setzen wir sie gleich :

2 e 0,3u -0,8 -2 e -0,8 = 20 | +2 e -0,8
2 e 0,3u -0,8 = 2 e -0,8 +20
2 e 0,3u -0,8 = 20,8987 |:2
e 0,3u -0,8 = 10,4494 |ln(⋅)
0,3u -0,8 = ln( 10,4494 )
0,3u -0,8 = 2,3465 | +0,8
0,3u = 3,1465 |:0,3
u = 10,4883

Mittelwerte

Beispiel:

Die Menge an Wasser in einem Wassertank zur Zeit x (in min) kann näherungsweise durch die Funktion f mit f(x)= 4 ( x -3 ) 3 beschrieben werden. Wieviel Wasser sind während der ersten 1 Minuten durchschnittlich im Tank?

Lösung einblenden

Wir berechnen den Mittelwert mit der üblichen Formel:

m = 1 1 +0 0 1 4 ( x -3 ) 3 x

= 1 [ ( x -3 ) 4 ] 0 1

= ( 1 -3 ) 4 - ( 0 -3 ) 4

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

= 16 - 81

= -65

uneigentliche Integrale

Beispiel:

Das Schaubild der Funktion f mit f(x)= - 1 ( 2x -4 ) 2 schließt mit der x-Achse und der Geraden x=4 eine nach rechts offene Fläche ein.
Untersuche, ob der Flächeninhalt endlich ist und bestimme in diesem Fall diesen Flächeninhalt.


Lösung einblenden
A(u)= 4 u - 1 ( 2x -4 ) 2 x
= 4 u - ( 2x -4 ) -2 x

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

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

= 1 2( 2u -4 ) - 1 2( 24 -4 )

= 1 2( 2u -4 ) - 1 2( 8 -4 )

= 1 2( 2u -4 ) - 1 2 4

= 1 2( 2u -4 ) - 1 2 ( 1 4 )

= 1 2( 2u -4 ) - 1 8

Für u → ∞ gilt: A(u) = 1 2( 2u -4 ) - 1 8 0 - 1 8 = - 1 8 ≈ -0.125

Für den Flächeninhalt (immer positiv) gilt also I = 0.125