Aufgabenbeispiele von Anwendungen

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Integralanwendungen BF

Beispiel:

Die Bewegungsgeschwindigkeit eines Körpers lässt sich nährungsweise durch die Funktion f mit f(x)= 6 ( 3x -3 ) 3 (in m/s, x in Sekunden) beschreiben. Nach 3s hat er bereits 13 m zurückgelegt. Wie weit ist er nach 5 Sekunden?

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

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

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

= - 1 ( 35 -3 ) 2 + 1 ( 33 -3 ) 2

= - 1 ( 15 -3 ) 2 + 1 ( 9 -3 ) 2

= - 1 12 2 + 1 6 2

= -( 1 144 ) + 1 36

= 1 48


≈ 0,021
Der neue Bestand setzt sich aus dem Anfangsbestand bei 3 und der Änderung zwischen 3 und 5 zusammen:
B = 13 + 1 48 = 625 48 ≈ 13.02

Integralanwendungen

Beispiel:

Bei einer Bakterienkultur geht man von einer Wachstumsrate von 4 e x -2 Bakterien pro Minute zur Zeit x (in Minuten) aus. Zu Zeitpunkt x=1 sind 78 Bakterien vorhanden. Wie viele sind es nach 3 Minuten?

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

= [ 4 e x -2 ] 1 3

= 4 e 3 -2 -4 e 1 -2

= 4 e 1 -4 e -1

= 4e -4 e -1


≈ 9,402
Der neue Bestand setzt sich aus dem Anfangsbestand bei 1 und der Änderung zwischen 1 und 3 zusammen:
B = 78 + -4 e -1 +4e ≈ 87.4

Integralfunktion - Gleichung

Beispiel:

Bestimme u > 0 so, dass 0 u -10x x = -45

Lösung einblenden
0 u -10x x

= [ -5 x 2 ] 0 u

= -5 u 2 +5 0 2

= -5 u 2 +50

= -5 u 2 +0

= -5 u 2

Diese Integralfunktion soll ja den Wert -45 annehmen, deswegen setzen wir sie gleich :

-5 u 2 = -45 |: ( -5 )
u 2 = 9 | 2
u1 = - 9 = -3
u2 = 9 = 3

Da u= -3 < 0 ist u= 3 die einzige Lösung.

Mittelwerte

Beispiel:

Bestimme den Mittelwert der Funktionswerte von f mit f(x)= 6 e 3x -7 zwischen 2 und 5.

Lösung einblenden

Wir berechnen den Mittelwert mit der üblichen Formel:

m = 1 5 -2 2 5 6 e 3x -7 x

= 1 3 [ 2 e 3x -7 ] 2 5

= 1 3 ( 2 e 35 -7 -2 e 32 -7 )

= 1 3 ( 2 e 15 -7 -2 e 6 -7 )

= 1 3 ( 2 e 8 -2 e -1 )


≈ 1987,06

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 | )