Aufgabenbeispiele von Anwendungen

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Integralanwendungen BF

Beispiel:

Aus einem Wasserhahn läuft Wasser mit der Auslaufgeschwindigkeit f(x)= 6 e 3x -7 (in Liter pro Minute) in einen Wassertank. Nach 1 Minuten sind 6 Liter im Tank. Wieviel Liter sind nach 4 Minuten darin?

Lösung einblenden
Zuerst berechnen wir die Änderung des Bestands zwischen 1 und 4:
1 4 6 e 3x -7 x

= [ 2 e 3x -7 ] 1 4

= 2 e 34 -7 -2 e 31 -7

= 2 e 12 -7 -2 e 3 -7

= 2 e 5 -2 e -4


≈ 296,79
Der neue Bestand setzt sich aus dem Anfangsbestand bei 1 und der Änderung zwischen 1 und 4 zusammen:
B = 6 + 2 e 5 -2 e -4 ≈ 302.79

Integralanwendungen

Beispiel:

Bei einer Bakterienkultur geht man von einer Wachstumsrate von 6 e 2x -4 Bakterien pro Minute zur Zeit x (in Minuten) aus. Zu Zeitpunkt x=1 sind 21 Bakterien vorhanden. Wie viele sind es nach 3 Minuten?

Lösung einblenden
Zuerst berechnen wir die Änderung des Bestands zwischen 1 und 3:
1 3 6 e 2x -4 x

= [ 3 e 2x -4 ] 1 3

= 3 e 23 -4 -3 e 21 -4

= 3 e 6 -4 -3 e 2 -4

= 3 e 2 -3 e -2


≈ 21,761
Der neue Bestand setzt sich aus dem Anfangsbestand bei 1 und der Änderung zwischen 1 und 3 zusammen:
B = 21 + 3 e 2 -3 e -2 ≈ 42.76

Integralfunktion - Gleichung

Beispiel:

Bestimme u > 2 so, dass 2 u 4x x = 64

Lösung einblenden
2 u 4x x

= [ 2 x 2 ] 2 u

= 2 u 2 -2 2 2

= 2 u 2 -24

= 2 u 2 -8

Diese Integralfunktion soll ja den Wert 64 annehmen, deswegen setzen wir sie gleich :

2 u 2 -8 = 64 | +8
2 u 2 = 72 |:2
u 2 = 36 | 2
u1 = - 36 = -6
u2 = 36 = 6

Da u= -6 < 2 ist u= 6 die einzige Lösung.

Mittelwerte

Beispiel:

Die Temperatur an einem Wintertag kann näherungsweise durch die Funktion f mit f(x)= 6 sin( x - 1 2 π) beschrieben werden. Bestimme die Durchschnittstemperatur zwischen 0 und π .

Lösung einblenden

Wir berechnen den Mittelwert mit der üblichen Formel:

m = 1 π+0 0 π 6 sin( x - 1 2 π) x

= 1 π [ -6 cos( x - 1 2 π) ] 0 π

= 1 π · ( -6 cos( π - 1 2 π) +6 cos( 0 - 1 2 π) )

= 1 π · ( -6 cos( 1 2 π) +6 cos( - 1 2 π) )

= 1 π · ( -60 +60 )

= 1 π · ( 0+0 )

= 1 π · 0

= 0

uneigentliche Integrale

Beispiel:

Das Schaubild der Funktion f mit f(x)= 1 x -2 schließt mit der x-Achse, der Geraden x= 18 und der Geraden x=2 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 18 1 x -2 x
= u 18 ( x -2 ) - 1 2 x

= [ 2 ( x -2 ) 1 2 ] u 18

= [ 2 x -2 ] u 18

= 2 18 -2 -2 u -2

= 2 16 -2 u -2

= 24 -2 u -2

= 8 -2 u -2

Für u → 2 (u>2, also von rechts) gilt: A(u) = -2 u -2 +8 0 +8 = 8 ≈ 8

Für den Flächeninhalt (immer positiv) gilt also I = 8