Aufgabenbeispiele von Anwendungen

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Integralanwendungen BF

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 65 Bakterien vorhanden. Wie viele sind es nach 3 Minuten?

Lösung einblenden
Zuerst berechnen wir die Änderung des Bestands zwischen 1 und 3:
1 3 4 e 2x -1 x

= [ 2 e 2x -1 ] 1 3

= 2 e 23 -1 -2 e 21 -1

= 2 e 6 -1 -2 e 2 -1

= 2 e 5 -2 e 1

= 2 e 5 -2e


≈ 291,39
Der neue Bestand setzt sich aus dem Anfangsbestand bei 1 und der Änderung zwischen 1 und 3 zusammen:
B = 65 + 2 e 5 -2e ≈ 356.39

Integralanwendungen

Beispiel:

Aus einem Wasserhahn läuft Wasser mit der Auslaufgeschwindigkeit f(x)= 3 e 3x -7 (in Liter pro Minute) in einen Wassertank. Nach 0 Minuten sind 4 Liter im Tank. Wieviel Liter sind nach 3 Minuten darin?

Lösung einblenden
Zuerst berechnen wir die Änderung des Bestands zwischen 0 und 3:
0 3 3 e 3x -7 x

= [ e 3x -7 ] 0 3

= e 33 -7 - e 30 -7

= e 9 -7 - e 0 -7

= e 2 - e -7


≈ 7,388
Der neue Bestand setzt sich aus dem Anfangsbestand bei 0 und der Änderung zwischen 0 und 3 zusammen:
B = 4 + e 2 - e -7 ≈ 11.39

Integralfunktion - Gleichung

Beispiel:

Bestimme u > 0 so, dass 0 u 1,5 e 0,5x -0,7 x = 18

Lösung einblenden
0 u 1,5 e 0,5x -0,7 x

= [ 3 e 0,5x -0,7 ] 0 u

= 3 e 0,5u -0,7 -3 e 0,50 -0,7

= 3 e 0,5u -0,7 -3 e 0 -0,7

= 3 e 0,5u -0,7 -3 e -0,7

Diese Integralfunktion soll ja den Wert 18 annehmen, deswegen setzen wir sie gleich :

3 e 0,5u -0,7 -3 e -0,7 = 18 | +3 e -0,7
3 e 0,5u -0,7 = 3 e -0,7 +18
3 e 0,5u -0,7 = 19,4898 |:3
e 0,5u -0,7 = 6,4966 |ln(⋅)
0,5u -0,7 = ln( 6,4966 )
0,5u -0,7 = 1,8713 | +0,7
0,5u = 2,5713 |:0,5
u = 5,1426

Mittelwerte

Beispiel:

Bestimme den Mittelwert der Funktionswerte von f mit f(x)= 1 ( x -1 ) 2 zwischen 3 und 5.

Lösung einblenden

Wir berechnen den Mittelwert mit der üblichen Formel:

m = 1 5 -3 3 5 1 ( x -1 ) 2 x
= 1 2 3 5 ( x -1 ) -2 x

= 1 2 [ - ( x -1 ) -1 ] 3 5

= 1 2 [ - 1 x -1 ] 3 5

= 1 2 ( - 1 5 -1 + 1 3 -1 )

= 1 2 ( - 1 4 + 1 2 )

= 1 2 ( -( 1 4 ) + 1 2 )

= 1 2 · 1 4


= 0,125

uneigentliche Integrale

Beispiel:

Das Schaubild der Funktion f mit f(x)= - 2 x schließt mit der x-Achse, der Geraden x=4 und der y-Achse 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 4 - 2 x x
= u 4 - 2 x x
= u 4 -2 x -1 x

= [ -2 ln( | x | ) ] u 4

= -2 ln( | 4 | ) +2 ln( | u | )

= -2 ln( 4 ) +2 ln( | u | )

Für u → 0 (u>0, also von rechts) gilt: A(u) = -2 ln( | 4 | ) +2 ln( | x | ) -