Aufgabenbeispiele von Anwendungen

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Integralanwendungen BF

Beispiel:

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

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

= [ - 5 2 ( 2x -5 ) -1 ] 3 4

= [ - 5 2( 2x -5 ) ] 3 4

= - 5 2( 24 -5 ) + 5 2( 23 -5 )

= - 5 2( 8 -5 ) + 5 2( 6 -5 )

= - 5 2 3 + 5 2

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

= - 5 6 + 5 2

= - 5 6 + 15 6

= 5 3


≈ 1,667
Der neue Bestand setzt sich aus dem Anfangsbestand bei 3 und der Änderung zwischen 3 und 4 zusammen:
B = 6 + 5 3 = 23 3 ≈ 7.67

Integralanwendungen

Beispiel:

Bei einer Bakterienkultur geht man von einer Wachstumsrate von 2 e x -2 Bakterien pro Minute zur Zeit x (in Minuten) aus. Zu Zeitpunkt x=2 sind 73 Bakterien vorhanden. Wie viele sind es nach 3 Minuten?

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

= [ 2 e x -2 ] 2 3

= 2 e 3 -2 -2 e 2 -2

= 2 e 1 -2 e 0

= 2e -2


≈ 3,437
Der neue Bestand setzt sich aus dem Anfangsbestand bei 2 und der Änderung zwischen 2 und 3 zusammen:
B = 73 + -2 +2e ≈ 76.44

Integralfunktion - Gleichung

Beispiel:

Bestimme u > 0 so, dass 0 u 4,2 e 0,7x -0,8 x = 9

Lösung einblenden
0 u 4,2 e 0,7x -0,8 x

= [ 6 e 0,7x -0,8 ] 0 u

= 6 e 0,7u -0,8 -6 e 0,70 -0,8

= 6 e 0,7u -0,8 -6 e 0 -0,8

= 6 e 0,7u -0,8 -6 e -0,8

Diese Integralfunktion soll ja den Wert 9 annehmen, deswegen setzen wir sie gleich :

6 e 0,7u -0,8 -6 e -0,8 = 9 | +6 e -0,8
6 e 0,7u -0,8 = 6 e -0,8 +9
6 e 0,7u -0,8 = 11,696 |:6
e 0,7u -0,8 = 1,9493 |ln(⋅)
0,7u -0,8 = ln( 1,9493 )
0,7u -0,8 = 0,6675 | +0,8
0,7u = 1,4675 |:0,7
u = 2,0964

Mittelwerte

Beispiel:

Die Menge an Wasser in einem Wassertank zur Zeit x (in min) kann näherungsweise durch die Funktion f mit f(x)= 2 ( x -2 ) 2 +1 beschrieben werden. Wieviel Wasser sind während der ersten 4 Minuten durchschnittlich im Tank?

Lösung einblenden

Wir berechnen den Mittelwert mit der üblichen Formel:

m = 1 4 +0 0 4 ( 2 ( x -2 ) 2 +1 ) x

= 1 4 [ 2 3 ( x -2 ) 3 + x ] 0 4

= 1 4 ( 2 3 ( 4 -2 ) 3 +4 - ( 2 3 ( 0 -2 ) 3 +0))

= 1 4 ( 2 3 2 3 +4 - ( 2 3 ( -2 ) 3 +0))

= 1 4 ( 2 3 8 +4 - ( 2 3 ( -8 ) +0))

= 1 4 ( 16 3 +4 - ( - 16 3 +0))

= 1 4 ( 16 3 + 12 3 - ( - 16 3 +0))

= 1 4 ( 28 3 + 16 3 )

= 1 4 · 44 3

= 11 3


≈ 3,667

uneigentliche Integrale

Beispiel:

Das Schaubild der Funktion f mit f(x)= -2 e 3x -3 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 3x -3 x

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

= - 2 3 e 3u -3 + 2 3 e 31 -3

= - 2 3 e 3u -3 + 2 3 e 3 -3

= - 2 3 e 3u -3 + 2 3 e 0

= - 2 3 e 3u -3 + 2 3

Für u → ∞ gilt: A(u) = - 2 3 e 3u -3 + 2 3 -