Aufgabenbeispiele von Anwendungen

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Integralanwendungen BF

Beispiel:

Die Bewegungsgeschwindigkeit eines Körpers lässt sich nährungsweise durch die Funktion f mit f(x)= 3 ( x -1 ) 4 (in m/s, x in Sekunden) beschreiben. Nach 3s hat er bereits 17 m zurückgelegt. Wie weit ist er nach 4 Sekunden?

Lösung einblenden
Zuerst berechnen wir die Änderung des Bestands zwischen 3 und 4:
3 4 3 ( x -1 ) 4 x
= 3 4 3 ( x -1 ) -4 x

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

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

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

= - 1 3 3 + 1 2 3

= -( 1 27 ) + 1 8

= 19 216


≈ 0,088
Der neue Bestand setzt sich aus dem Anfangsbestand bei 3 und der Änderung zwischen 3 und 4 zusammen:
B = 17 + 19 216 = 3691 216 ≈ 17.09

Integralanwendungen

Beispiel:

Bei einer Bakterienkultur geht man von einer Wachstumsrate von 4 e 2x -5 Bakterien pro Minute zur Zeit x (in Minuten) aus. Zu Zeitpunkt x=0 sind 52 Bakterien vorhanden. Wie viele sind es nach 2 Minuten?

Lösung einblenden
Zuerst berechnen wir die Änderung des Bestands zwischen 0 und 2:
0 2 4 e 2x -5 x

= [ 2 e 2x -5 ] 0 2

= 2 e 22 -5 -2 e 20 -5

= 2 e 4 -5 -2 e 0 -5

= 2 e -1 -2 e -5


≈ 0,722
Der neue Bestand setzt sich aus dem Anfangsbestand bei 0 und der Änderung zwischen 0 und 2 zusammen:
B = 52 + 2 e -1 -2 e -5 ≈ 52.72

Integralfunktion - Gleichung

Beispiel:

Bestimme u > 3 so, dass 3 u 8x x = 253

Lösung einblenden
3 u 8x x

= [ 4 x 2 ] 3 u

= 4 u 2 -4 3 2

= 4 u 2 -49

= 4 u 2 -36

Diese Integralfunktion soll ja den Wert 253 annehmen, deswegen setzen wir sie gleich :

4 u 2 -36 = 253 | +36
4 u 2 = 289 |:4
u 2 = 289 4 | 2
u1 = - 289 4 = - 17 2
u2 = 289 4 = 17 2

Da u= - 17 2 < 3 ist u= 17 2 die einzige Lösung.

Mittelwerte

Beispiel:

Die Temperatur an einem Wintertag kann näherungsweise durch die Funktion f mit f(x)= cos( 3x + 3 2 π) beschrieben werden. Bestimme die Durchschnittstemperatur zwischen 1 2 π und 3 2 π .

Lösung einblenden

Wir berechnen den Mittelwert mit der üblichen Formel:

m = 1 3 2 π - 1 2 π 1 2 π 3 2 π cos( 3x + 3 2 π) x

= 1 π [ 1 3 sin( 3x + 3 2 π) ] 1 2 π 3 2 π

= 1 π · ( 1 3 sin( 3( 3 2 π ) + 3 2 π) - 1 3 sin( 3( 1 2 π ) + 3 2 π) )

= 1 π · ( 1 3 sin(6π) - 1 3 sin(3π) )

= 1 π · ( 1 3 0 - 1 3 0 )

= 1 π · ( 0+0 )

= 1 π · 0

= 0

uneigentliche Integrale

Beispiel:

Das Schaubild der Funktion f mit f(x)= - 1 x -1 schließt mit der x-Achse, der Geraden x= 10 und der Geraden x=1 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 10 - 1 x -1 x
= u 10 - ( x -1 ) - 1 2 x

= [ -2 ( x -1 ) 1 2 ] u 10

= [ -2 x -1 ] u 10

= -2 10 -1 +2 u -1

= -2 9 +2 u -1

= -23 +2 u -1

= -6 +2 u -1

Für u → 1 (u>1, also von rechts) gilt: A(u) = 2 u -1 -6 0 -6 = -6 ≈ -6

Für den Flächeninhalt (immer positiv) gilt also I = 6