Aufgabenbeispiele von Anwendungen

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Integralanwendungen BF

Beispiel:

Bei einer Bakterienkultur geht man von einer Wachstumsrate von e x -3 Bakterien pro Minute zur Zeit x (in Minuten) aus. Zu Zeitpunkt x=0 sind 57 Bakterien vorhanden. Wie viele sind es nach 2 Minuten?

Lösung einblenden
Zuerst berechnen wir die Änderung des Bestands zwischen 0 und 2:
0 2 e x -3 x

= [ e x -3 ] 0 2

= e 2 -3 - e 0 -3

= e -1 - e -3


≈ 0,318
Der neue Bestand setzt sich aus dem Anfangsbestand bei 0 und der Änderung zwischen 0 und 2 zusammen:
B = 57 + e -1 - e -3 ≈ 57.32

Integralanwendungen

Beispiel:

Aus einem Wasserhahn läuft Wasser mit der Auslaufgeschwindigkeit f(x)= 2 e 2x -1 (in Liter pro Minute) in einen Wassertank. Nach 0 Minuten sind 3 Liter im Tank. Wieviel Liter sind nach 1 Minuten darin?

Lösung einblenden
Zuerst berechnen wir die Änderung des Bestands zwischen 0 und 1:
0 1 2 e 2x -1 x

= [ e 2x -1 ] 0 1

= e 21 -1 - e 20 -1

= e 2 -1 - e 0 -1

= e 1 - e -1

= e - e -1


≈ 2,35
Der neue Bestand setzt sich aus dem Anfangsbestand bei 0 und der Änderung zwischen 0 und 1 zusammen:
B = 3 + - e -1 + e ≈ 5.35

Integralfunktion - Gleichung

Beispiel:

Bestimme u > 0 so, dass 0 u 0,4 e -0,4x +0,3 x = 1

Lösung einblenden
0 u 0,4 e -0,4x +0,3 x

= [ - e -0,4x +0,3 ] 0 u

= - e -0,4u +0,3 + e -0,40 +0,3

= - e -0,4u +0,3 + e 0 +0,3

= - e -0,4u +0,3 + e 0,3

Diese Integralfunktion soll ja den Wert 1 annehmen, deswegen setzen wir sie gleich :

- e -0,4u +0,3 + e 0,3 = 1 | - e 0,3
- e -0,4u +0,3 = - e 0,3 +1
- e -0,4u +0,3 = -0,3499 |:-1
e -0,4u +0,3 = 0,3499 |ln(⋅)
-0,4u +0,3 = ln( 0,3499 )
-0,4u +0,3 = -1,0501 | -0,3
-0,4u = -1,3501 |:(-0,4 )
u = 3,3753

Mittelwerte

Beispiel:

Die Menge eines Wirkstoffs im Blut eines Patienten kann zur Zeit x (in min) näherungsweise durch die Funktion f mit f(x)= 4 ( x -2 ) 3 +1 (in mg) beschrieben werden. Berechne die mittlere Wirkstoffmenge in mg zwischen Minute 2 und Minute 5.

Lösung einblenden

Wir berechnen den Mittelwert mit der üblichen Formel:

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

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

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

= 1 3 ( 3 4 +5 - ( 0 4 +2 ))

= 1 3 ( 81 +5 - ( 0 +2 ))

= 1 3 ( 81 +5 -2 )

= 1 3 · 84

uneigentliche Integrale

Beispiel:

Das Schaubild der Funktion f mit f(x)= 3 3x -6 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 3 3x -6 x
= 3 u 3 ( 3x -6 ) -1 x

= [ ln( | 3x -6 | ) ] 3 u

= ln( | 3( u ) -6 | ) - ln( | 33 -6 | )

= ln( | 3u -6 | ) - ln( | 9 -6 | )

= ln( | 3u -6 | ) - ln( 3 )

Für u → ∞ gilt: A(u) = - ln( 3 ) + ln( | 3x -6 | )