Aufgabenbeispiele von Anwendungen

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Integralanwendungen BF

Beispiel:

Bei einer Bakterienkultur geht man von einer Wachstumsrate von 6 e x -1 Bakterien pro Minute zur Zeit x (in Minuten) aus. Zu Zeitpunkt x=2 sind 59 Bakterien vorhanden. Wie viele sind es nach 4 Minuten?

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

= [ 6 e x -1 ] 2 4

= 6 e 4 -1 -6 e 2 -1

= 6 e 3 -6 e 1

= 6 e 3 -6e


≈ 104,204
Der neue Bestand setzt sich aus dem Anfangsbestand bei 2 und der Änderung zwischen 2 und 4 zusammen:
B = 59 + 6 e 3 -6e ≈ 163.2

Integralanwendungen

Beispiel:

Die Bewegungsgeschwindigkeit eines Körpers lässt sich nährungsweise durch die Funktion f mit f(x)= 3 ( x -2 ) 2 (in m/s, x in Sekunden) beschreiben. Nach 3s hat er bereits 9 m zurückgelegt. Wie weit ist er nach 5 Sekunden?

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

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

= [ - 3 x -2 ] 3 5

= - 3 5 -2 + 3 3 -2

= - 3 3 + 3 1

= -3( 1 3 ) +31

= -1 +3

= 2

Der neue Bestand setzt sich aus dem Anfangsbestand bei 3 und der Änderung zwischen 3 und 5 zusammen:
B = 9 + 2 = 11

Integralfunktion - Gleichung

Beispiel:

Bestimme u > 0 so, dass 0 u 2x x = 16

Lösung einblenden
0 u 2x x

= [ x 2 ] 0 u

= u 2 - 0 2

= u 2 - 0

= u 2

Diese Integralfunktion soll ja den Wert 16 annehmen, deswegen setzen wir sie gleich :

u 2 = 16 | 2
u1 = - 16 = -4
u2 = 16 = 4

Da u= -4 < 0 ist u= 4 die einzige Lösung.

Mittelwerte

Beispiel:

Die Temperatur an einem Wintertag kann näherungsweise durch die Funktion f mit f(x)= 3 sin( 3x - π) beschrieben werden. Bestimme die Durchschnittstemperatur zwischen 0 und 1 2 π .

Lösung einblenden

Wir berechnen den Mittelwert mit der üblichen Formel:

m = 1 1 2 π+0 0 1 2 π 3 sin( 3x - π) x

= 2 π [ - cos( 3x - π) ] 0 1 2 π

= 2 π · ( - cos( 3( 1 2 π ) - π) + cos( 3( 0 ) - π) )

= 2 π · ( - cos( 1 2 π) + cos(-π) )

= 2 π · ( -0 -1 )

= - 2 π


≈ -0,637

uneigentliche Integrale

Beispiel:

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

= [ -2 ln( | x -1 | ) ] u 2

= -2 ln( | 2 -1 | ) +2 ln( | u -1 | )

= -2 ln( 1 ) +2 ln( | u -1 | )

= 0+2 ln( | u -1 | )

= 2 ln( | x -1 | )

Für u → 1 (u>1, also von rechts) gilt: A(u) = 2 ln( | x -1 | ) -