Aufgabenbeispiele von Anwendungen

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Integralanwendungen BF

Beispiel:

Bei einer Bakterienkultur geht man von einer Wachstumsrate von 6 e 3x -3 Bakterien pro Minute zur Zeit x (in Minuten) aus. Zu Zeitpunkt x=0 sind 50 Bakterien vorhanden. Wie viele sind es nach 1 Minuten?

Lösung einblenden
Zuerst berechnen wir die Änderung des Bestands zwischen 0 und 1:
0 1 6 e 3x -3 x

= [ 2 e 3x -3 ] 0 1

= 2 e 31 -3 -2 e 30 -3

= 2 e 3 -3 -2 e 0 -3

= 2 e 0 -2 e -3

= 2 -2 e -3


≈ 1,9
Der neue Bestand setzt sich aus dem Anfangsbestand bei 0 und der Änderung zwischen 0 und 1 zusammen:
B = 50 + -2 e -3 +2 ≈ 51.9

Integralanwendungen

Beispiel:

Die Bewegungsgeschwindigkeit eines Körpers lässt sich nährungsweise durch die Funktion f mit f(x)= 4 ( 2x -5 ) 2 (in m/s, x in Sekunden) beschreiben. Nach 3s hat er bereits 12 m zurückgelegt. Wie weit ist er nach 6 Sekunden?

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

= [ -2 ( 2x -5 ) -1 ] 3 6

= [ - 2 2x -5 ] 3 6

= - 2 26 -5 + 2 23 -5

= - 2 12 -5 + 2 6 -5

= - 2 7 + 2 1

= -2( 1 7 ) +21

= - 2 7 +2

= - 2 7 + 14 7

= 12 7


≈ 1,714
Der neue Bestand setzt sich aus dem Anfangsbestand bei 3 und der Änderung zwischen 3 und 6 zusammen:
B = 12 + 12 7 = 96 7 ≈ 13.71

Integralfunktion - Gleichung

Beispiel:

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

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

= [ 3 e 0,8x -0,2 ] 0 u

= 3 e 0,8u -0,2 -3 e 0,80 -0,2

= 3 e 0,8u -0,2 -3 e 0 -0,2

= 3 e 0,8u -0,2 -3 e -0,2

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

3 e 0,8u -0,2 -3 e -0,2 = 9 | +3 e -0,2
3 e 0,8u -0,2 = 3 e -0,2 +9
3 e 0,8u -0,2 = 11,4562 |:3
e 0,8u -0,2 = 3,8187 |ln(⋅)
0,8u -0,2 = ln( 3,8187 )
0,8u -0,2 = 1,3399 | +0,2
0,8u = 1,5399 |:0,8
u = 1,9249

Mittelwerte

Beispiel:

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

Lösung einblenden

Wir berechnen den Mittelwert mit der üblichen Formel:

m = 1 π - 1 2 π 1 2 π π cos( x - π) x

= 2 π [ sin( x - π) ] 1 2 π π

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

= 2 π · ( sin(0) - sin( - 1 2 π) )

= 2 π · ( 0 - ( -1 ) )

= 2 π · ( 0 +1 )

= 2 π · 1

= 2 π


≈ 0,637

uneigentliche Integrale

Beispiel:

Das Schaubild der Funktion f mit f(x)= 2 ( x -2 ) 2 schließt mit der x-Achse und der Geraden x=3 eine nach rechts offene Fläche ein.
Untersuche, ob der Flächeninhalt endlich ist und bestimme in diesem Fall diesen Flächeninhalt.


Lösung einblenden
A(u)= 3 u 2 ( x -2 ) 2 x
= 3 u 2 ( x -2 ) -2 x

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

= [ - 2 x -2 ] 3 u

= - 2 u -2 + 2 3 -2

= - 2 u -2 + 2 1

= - 2 u -2 +21

= - 2 u -2 +2

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

Für den Flächeninhalt (immer positiv) gilt also I = 2