Aufgabenbeispiele von Anwendungen

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Integralanwendungen BF

Beispiel:

Die Bewegungsgeschwindigkeit eines Körpers lässt sich nährungsweise durch die Funktion f mit f(x)= 3 ( x -1 ) 2 (in m/s, x in Sekunden) beschreiben. Nach 3s hat er bereits 18 m zurückgelegt. Wie weit ist er nach 4 Sekunden?

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

= [ -3 ( x -1 ) -1 ] 3 4

= [ - 3 x -1 ] 3 4

= - 3 4 -1 + 3 3 -1

= - 3 3 + 3 2

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

= -1 + 3 2

= -1 +1,5

= 0,5


= 0,5
Der neue Bestand setzt sich aus dem Anfangsbestand bei 3 und der Änderung zwischen 3 und 4 zusammen:
B = 18 + 1 2 = 37 2 ≈ 18.5

Integralanwendungen

Beispiel:

Bei einer Bakterienkultur geht man von einer Wachstumsrate von 5 e x -3 Bakterien pro Minute zur Zeit x (in Minuten) aus. Zu Zeitpunkt x=2 sind 55 Bakterien vorhanden. Wie viele sind es nach 4 Minuten?

Lösung einblenden
Zuerst berechnen wir die Änderung des Bestands zwischen 2 und 4:
2 4 5 e x -3 x

= [ 5 e x -3 ] 2 4

= 5 e 4 -3 -5 e 2 -3

= 5 e 1 -5 e -1

= 5e -5 e -1


≈ 11,752
Der neue Bestand setzt sich aus dem Anfangsbestand bei 2 und der Änderung zwischen 2 und 4 zusammen:
B = 55 + -5 e -1 +5e ≈ 66.75

Integralfunktion - Gleichung

Beispiel:

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

Lösung einblenden
0 u 0,1 e -0,1x +0,3 x

= [ - e -0,1x +0,3 ] 0 u

= - e -0,1u +0,3 + e -0,10 +0,3

= - e -0,1u +0,3 + e 0 +0,3

= - e -0,1u +0,3 + e 0,3

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

- e -0,1u +0,3 + e 0,3 = 1 | - e 0,3
- e -0,1u +0,3 = - e 0,3 +1
- e -0,1u +0,3 = -0,3499 |:-1
e -0,1u +0,3 = 0,3499 |ln(⋅)
-0,1u +0,3 = ln( 0,3499 )
-0,1u +0,3 = -1,0501 | -0,3
-0,1u = -1,3501 |:(-0,1 )
u = 13,501

Mittelwerte

Beispiel:

Bestimme den Mittelwert der Funktionswerte von f mit f(x)= 6 ( 2x -1 ) 2 + x zwischen 2 und 3.

Lösung einblenden

Wir berechnen den Mittelwert mit der üblichen Formel:

m = 1 3 -2 2 3 ( 6 ( 2x -1 ) 2 + x ) x

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

= ( 23 -1 ) 3 + 1 2 3 2 - ( ( 22 -1 ) 3 + 1 2 2 2 )

= ( 6 -1 ) 3 + 1 2 9 - ( ( 4 -1 ) 3 + 1 2 4 )

= 5 3 + 9 2 - ( 3 3 +2 )

= 125 + 9 2 - ( 27 +2 )

= 125 + 9 2 -27 -2

= 201 2


= 100,5

uneigentliche Integrale

Beispiel:

Das Schaubild der Funktion f mit f(x)= 2 ( x -1 ) 3 schließt mit der x-Achse, der Geraden x=3 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 3 2 ( x -1 ) 3 x
= u 3 2 ( x -1 ) -3 x

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

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

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

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

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

= 1 ( u -1 ) 2 - 1 4

Für u → 1 (u>1, also von rechts) gilt: A(u) = 1 ( u -1 ) 2 - 1 4