Aufgabenbeispiele von Anwendungen

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Integralanwendungen BF

Beispiel:

Bei einer Bakterienkultur geht man von einer Wachstumsrate von 4 e x -3 Bakterien pro Minute zur Zeit x (in Minuten) aus. Zu Zeitpunkt x=2 sind 80 Bakterien vorhanden. Wie viele sind es nach 4 Minuten?

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

= [ 4 e x -3 ] 2 4

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

= 4 e 1 -4 e -1

= 4e -4 e -1


≈ 9,402
Der neue Bestand setzt sich aus dem Anfangsbestand bei 2 und der Änderung zwischen 2 und 4 zusammen:
B = 80 + -4 e -1 +4e ≈ 89.4

Integralanwendungen

Beispiel:

Die Bewegungsgeschwindigkeit eines Körpers lässt sich nährungsweise durch die Funktion f mit f(x)= 6 x -1 (in m/s, x in Sekunden) beschreiben. Nach 17 s hat er bereits 6 m zurückgelegt. Wie weit ist er nach 26 Sekunden?

Lösung einblenden
Zuerst berechnen wir die Änderung des Bestands zwischen 17 und 26:
17 26 6 x -1 x
= 17 26 6 ( x -1 ) 1 2 x

= [ 4 ( x -1 ) 3 2 ] 17 26

= [ 4 ( x -1 ) 3 ] 17 26

= 4 ( 26 -1 ) 3 -4 ( 17 -1 ) 3

= 4 ( 25 ) 3 -4 ( 16 ) 3

= 4 5 3 -4 4 3

= 4125 -464

= 500 -256

= 244

Der neue Bestand setzt sich aus dem Anfangsbestand bei 17 und der Änderung zwischen 17 und 26 zusammen:
B = 6 + 244 = 250

Integralfunktion - Gleichung

Beispiel:

Bestimme u > 3 so, dass 3 u 2x x = 40

Lösung einblenden
3 u 2x x

= [ x 2 ] 3 u

= u 2 - 3 2

= u 2 - 9

Diese Integralfunktion soll ja den Wert 40 annehmen, deswegen setzen wir sie gleich :

u 2 -9 = 40 | +9
u 2 = 49 | 2
u1 = - 49 = -7
u2 = 49 = 7

Da u= -7 < 3 ist u= 7 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)= 6 e x -2 beschrieben werden. Wieviel Wasser sind während der ersten 2 Minuten durchschnittlich im Tank?

Lösung einblenden

Wir berechnen den Mittelwert mit der üblichen Formel:

m = 1 2 +0 0 2 6 e x -2 x

= 1 2 [ 6 e x -2 ] 0 2

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

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

= 1 2 ( 6 -6 e -2 )

= 1 2 ( -6 e -2 +6 )


≈ 2,594

uneigentliche Integrale

Beispiel:

Das Schaubild der Funktion f mit f(x)= 1 ( 2x -1 ) 3 schließt mit der x-Achse und der Geraden x=1 eine nach rechts offene Fläche ein.
Untersuche, ob der Flächeninhalt endlich ist und bestimme in diesem Fall diesen Flächeninhalt.


Lösung einblenden
A(u)= 1 u 1 ( 2x -1 ) 3 x
= 1 u ( 2x -1 ) -3 x

= [ - 1 4 ( 2x -1 ) -2 ] 1 u

= [ - 1 4 ( 2x -1 ) 2 ] 1 u

= - 1 4 ( 2u -1 ) 2 + 1 4 ( 21 -1 ) 2

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

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

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

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

Für u → ∞ gilt: A(u) = - 1 4 ( 2u -1 ) 2 + 1 4 0 + 1 4 = 1 4 ≈ 0.25

Für den Flächeninhalt (immer positiv) gilt also I = 0.25