Aufgabenbeispiele von Anwendungen

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Integralanwendungen BF

Beispiel:

Die Bewegungsgeschwindigkeit eines Körpers lässt sich nährungsweise durch die Funktion f mit f(x)= 2 3x -3 (in m/s, x in Sekunden) beschreiben. Nach 4 s hat er bereits 8 m zurückgelegt. Wie weit ist er nach 19 3 Sekunden?

Lösung einblenden
Zuerst berechnen wir die Änderung des Bestands zwischen 4 und 19 3 :
4 19 3 2 3x -3 x
= 4 19 3 2 ( 3x -3 ) 1 2 x

= [ 4 9 ( 3x -3 ) 3 2 ] 4 19 3

= [ 4 9 ( 3x -3 ) 3 ] 4 19 3

= 4 9 ( 3( 19 3 ) -3 ) 3 - 4 9 ( 34 -3 ) 3

= 4 9 ( 19 -3 ) 3 - 4 9 ( 12 -3 ) 3

= 4 9 ( 16 ) 3 - 4 9 ( 9 ) 3

= 4 9 4 3 - 4 9 3 3

= 4 9 64 - 4 9 27

= 256 9 -12

= 256 9 - 108 9

= 148 9


≈ 16,444
Der neue Bestand setzt sich aus dem Anfangsbestand bei 4 und der Änderung zwischen 4 und 19 3 zusammen:
B = 8 + 148 9 = 220 9 ≈ 24.44

Integralanwendungen

Beispiel:

Bei einer Bakterienkultur geht man von einer Wachstumsrate von 2 e 2x -1 Bakterien pro Minute zur Zeit x (in Minuten) aus. Zu Zeitpunkt x=1 sind 34 Bakterien vorhanden. Wie viele sind es nach 4 Minuten?

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

= [ e 2x -1 ] 1 4

= e 24 -1 - e 21 -1

= e 8 -1 - e 2 -1

= e 7 - e 1

= e 7 - e


≈ 1093,915
Der neue Bestand setzt sich aus dem Anfangsbestand bei 1 und der Änderung zwischen 1 und 4 zusammen:
B = 34 + e 7 - e ≈ 1127.91

Integralfunktion - Gleichung

Beispiel:

Bestimme u > 2 so, dass 2 u -8x x = -308

Lösung einblenden
2 u -8x x

= [ -4 x 2 ] 2 u

= -4 u 2 +4 2 2

= -4 u 2 +44

= -4 u 2 +16

Diese Integralfunktion soll ja den Wert -308 annehmen, deswegen setzen wir sie gleich :

-4 u 2 +16 = -308 | -16
-4 u 2 = -324 |: ( -4 )
u 2 = 81 | 2
u1 = - 81 = -9
u2 = 81 = 9

Da u= -9 < 2 ist u= 9 die einzige Lösung.

Mittelwerte

Beispiel:

Die Menge an Wasser in einem Wassertank zur Zeit x (in min) kann näherungsweise durch die Funktion f mit f(x)= 4 e 2x -5 beschrieben werden. Wieviel Wasser sind während der ersten 3 Minuten durchschnittlich im Tank?

Lösung einblenden

Wir berechnen den Mittelwert mit der üblichen Formel:

m = 1 3 +0 0 3 4 e 2x -5 x

= 1 3 [ 2 e 2x -5 ] 0 3

= 1 3 ( 2 e 23 -5 -2 e 20 -5 )

= 1 3 ( 2 e 6 -5 -2 e 0 -5 )

= 1 3 ( 2 e 1 -2 e -5 )

= 1 3 (2e -2 e -5 )

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


≈ 1,808

uneigentliche Integrale

Beispiel:

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

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

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

= 3 2 ( u -1 ) 2 - 3 2 ( 3 -1 ) 2

= 3 2 ( u -1 ) 2 - 3 2 2 2

= 3 2 ( u -1 ) 2 - 3 2 ( 1 4 )

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

Für u → ∞ gilt: A(u) = 3 2 ( u -1 ) 2 - 3 8 0 - 3 8 = - 3 8 ≈ -0.375

Für den Flächeninhalt (immer positiv) gilt also I = 0.375