Aufgabenbeispiele von Anwendungen

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Integralanwendungen BF

Beispiel:

Die Bewegungsgeschwindigkeit eines Körpers lässt sich nährungsweise durch die Funktion f mit f(x)= 4 ( x -3 ) 2 (in m/s, x in Sekunden) beschreiben. Nach 5s hat er bereits 17 m zurückgelegt. Wie weit ist er nach 6 Sekunden?

Lösung einblenden
Zuerst berechnen wir die Änderung des Bestands zwischen 5 und 6:
5 6 4 ( x -3 ) 2 x
= 5 6 4 ( x -3 ) -2 x

= [ -4 ( x -3 ) -1 ] 5 6

= [ - 4 x -3 ] 5 6

= - 4 6 -3 + 4 5 -3

= - 4 3 + 4 2

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

= - 4 3 +2

= - 4 3 + 6 3

= 2 3


≈ 0,667
Der neue Bestand setzt sich aus dem Anfangsbestand bei 5 und der Änderung zwischen 5 und 6 zusammen:
B = 17 + 2 3 = 53 3 ≈ 17.67

Integralanwendungen

Beispiel:

Bei einer Bakterienkultur geht man von einer Wachstumsrate von 2 e 3x -5 Bakterien pro Minute zur Zeit x (in Minuten) aus. Zu Zeitpunkt x=2 sind 37 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 3x -5 x

= [ 2 3 e 3x -5 ] 2 4

= 2 3 e 34 -5 - 2 3 e 32 -5

= 2 3 e 12 -5 - 2 3 e 6 -5

= 2 3 e 7 - 2 3 e 1

= 2 3 e 7 - 2 3 e


≈ 729,277
Der neue Bestand setzt sich aus dem Anfangsbestand bei 2 und der Änderung zwischen 2 und 4 zusammen:
B = 37 + 2 3 e 7 - 2 3 e ≈ 766.28

Integralfunktion - Gleichung

Beispiel:

Bestimme u > 0 so, dass 0 u -4x x = -40,5

Lösung einblenden
0 u -4x x

= [ -2 x 2 ] 0 u

= -2 u 2 +2 0 2

= -2 u 2 +20

= -2 u 2 +0

= -2 u 2

Diese Integralfunktion soll ja den Wert -40,5 annehmen, deswegen setzen wir sie gleich :

-2 u 2 = -40,5 |: ( -2 )
u 2 = 20,25 | 2
u1 = - 20,25 = -4,5
u2 = 20,25 = 4,5

Da u= -4,5 < 0 ist u= 4,5 die einzige Lösung.

Mittelwerte

Beispiel:

Bestimme den Mittelwert der Funktionswerte von f mit f(x)= 5 ( 2x -2 ) 3 +2x zwischen 2 und 4.

Lösung einblenden

Wir berechnen den Mittelwert mit der üblichen Formel:

m = 1 4 -2 2 4 ( 5 ( 2x -2 ) 3 +2x ) x

= 1 2 [ 5 8 ( 2x -2 ) 4 + x 2 ] 2 4

= 1 2 ( 5 8 ( 24 -2 ) 4 + 4 2 - ( 5 8 ( 22 -2 ) 4 + 2 2 ))

= 1 2 ( 5 8 ( 8 -2 ) 4 + 16 - ( 5 8 ( 4 -2 ) 4 + 4 ))

= 1 2 ( 5 8 6 4 +16 - ( 5 8 2 4 +4 ))

= 1 2 ( 5 8 1296 +16 - ( 5 8 16 +4 ))

= 1 2 ( 810 +16 - ( 10 +4 ))

= 1 2 ( 826 -1 · 14 )

= 1 2 ( 826 -14 )

= 1 2 · 812

= 406

uneigentliche Integrale

Beispiel:

Das Schaubild der Funktion f mit f(x)= 2 e -2x +1 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 2 e -2x +1 x

= [ - e -2x +1 ] 0 u

= - e -2u +1 + e -20 +1

= - e -2u +1 + e 0 +1

= - e -2u +1 + e 1

= - e -2u +1 + e

Für u → ∞ gilt: A(u) = - e -2u +1 + e 0 + e = e ≈ 2.718

Für den Flächeninhalt (immer positiv) gilt also I = 2.718