Aufgabenbeispiele von Anwendungen

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Integralanwendungen BF

Beispiel:

Bei einer Bakterienkultur geht man von einer Wachstumsrate von e 2x -2 Bakterien pro Minute zur Zeit x (in Minuten) aus. Zu Zeitpunkt x=0 sind 32 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 2x -2 x

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

= 1 2 e 22 -2 - 1 2 e 20 -2

= 1 2 e 4 -2 - 1 2 e 0 -2

= 1 2 e 2 - 1 2 e -2


≈ 3,627
Der neue Bestand setzt sich aus dem Anfangsbestand bei 0 und der Änderung zwischen 0 und 2 zusammen:
B = 32 + 1 2 e 2 - 1 2 e -2 ≈ 35.63

Integralanwendungen

Beispiel:

Bei einer Bakterienkultur geht man von einer Wachstumsrate von 6 e 2x -5 Bakterien pro Minute zur Zeit x (in Minuten) aus. Zu Zeitpunkt x=1 sind 24 Bakterien vorhanden. Wie viele sind es nach 4 Minuten?

Lösung einblenden
Zuerst berechnen wir die Änderung des Bestands zwischen 1 und 4:
1 4 6 e 2x -5 x

= [ 3 e 2x -5 ] 1 4

= 3 e 24 -5 -3 e 21 -5

= 3 e 8 -5 -3 e 2 -5

= 3 e 3 -3 e -3


≈ 60,107
Der neue Bestand setzt sich aus dem Anfangsbestand bei 1 und der Änderung zwischen 1 und 4 zusammen:
B = 24 + 3 e 3 -3 e -3 ≈ 84.11

Integralfunktion - Gleichung

Beispiel:

Bestimme u > 0 so, dass 0 u 0,9 e -0,3x +0,4 x = 2

Lösung einblenden
0 u 0,9 e -0,3x +0,4 x

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

= -3 e -0,3u +0,4 +3 e -0,30 +0,4

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

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

Diese Integralfunktion soll ja den Wert 2 annehmen, deswegen setzen wir sie gleich :

-3 e -0,3u +0,4 +3 e 0,4 = 2 | -3 e 0,4
-3 e -0,3u +0,4 = -3 e 0,4 +2
-3 e -0,3u +0,4 = -2,4755 |:-3
e -0,3u +0,4 = 0,8252 |ln(⋅)
-0,3u +0,4 = ln( 0,8252 )
-0,3u +0,4 = -0,1921 | -0,4
-0,3u = -0,5921 |:(-0,3 )
u = 1,9737

Mittelwerte

Beispiel:

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

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Wir berechnen den Mittelwert mit der üblichen Formel:

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

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

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

= 1 π · ( - cos(6π) + cos(3π) )

= 1 π · ( -1 -1 )

= -1 -1 π

= -2 π

= - 2 π


≈ -0,637

uneigentliche Integrale

Beispiel:

Das Schaubild der Funktion f mit f(x)= 1 x -1 schließt mit der x-Achse, der Geraden x= 10 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 10 1 x -1 x
= u 10 ( x -1 ) - 1 2 x

= [ 2 ( x -1 ) 1 2 ] u 10

= [ 2 x -1 ] u 10

= 2 10 -1 -2 u -1

= 2 9 -2 u -1

= 23 -2 u -1

= 6 -2 u -1

Für u → 1 (u>1, also von rechts) gilt: A(u) = -2 u -1 +6 0 +6 = 6 ≈ 6

Für den Flächeninhalt (immer positiv) gilt also I = 6