Aufgabenbeispiele von Anwendungen

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Integralanwendungen BF

Beispiel:

Die Bewegungsgeschwindigkeit eines Körpers lässt sich nährungsweise durch die Funktion f mit f(x)= 4 ( x -3 ) 4 (in m/s, x in Sekunden) beschreiben. Nach 5s hat er bereits 20 m zurückgelegt. Wie weit ist er nach 7 Sekunden?

Lösung einblenden
Zuerst berechnen wir die Änderung des Bestands zwischen 5 und 7:
5 7 4 ( x -3 ) 4 x
= 5 7 4 ( x -3 ) -4 x

= [ - 4 3 ( x -3 ) -3 ] 5 7

= [ - 4 3 ( x -3 ) 3 ] 5 7

= - 4 3 ( 7 -3 ) 3 + 4 3 ( 5 -3 ) 3

= - 4 3 4 3 + 4 3 2 3

= - 4 3 ( 1 64 ) + 4 3 ( 1 8 )

= - 1 48 + 1 6

= - 1 48 + 8 48

= 7 48


≈ 0,146
Der neue Bestand setzt sich aus dem Anfangsbestand bei 5 und der Änderung zwischen 5 und 7 zusammen:
B = 20 + 7 48 = 967 48 ≈ 20.15

Integralanwendungen

Beispiel:

Bei einer Bakterienkultur geht man von einer Wachstumsrate von 2 e 3x -5 Bakterien pro Minute zur Zeit x (in Minuten) aus. Zu Zeitpunkt x=1 sind 39 Bakterien vorhanden. Wie viele sind es nach 3 Minuten?

Lösung einblenden
Zuerst berechnen wir die Änderung des Bestands zwischen 1 und 3:
1 3 2 e 3x -5 x

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

= 2 3 e 33 -5 - 2 3 e 31 -5

= 2 3 e 9 -5 - 2 3 e 3 -5

= 2 3 e 4 - 2 3 e -2


≈ 36,309
Der neue Bestand setzt sich aus dem Anfangsbestand bei 1 und der Änderung zwischen 1 und 3 zusammen:
B = 39 + 2 3 e 4 - 2 3 e -2 ≈ 75.31

Integralfunktion - Gleichung

Beispiel:

Bestimme u > 0 so, dass 0 u 0,6 e 0,6x -0,8 x = 16

Lösung einblenden
0 u 0,6 e 0,6x -0,8 x

= [ e 0,6x -0,8 ] 0 u

= e 0,6u -0,8 - e 0,60 -0,8

= e 0,6u -0,8 - e 0 -0,8

= e 0,6u -0,8 - e -0,8

Diese Integralfunktion soll ja den Wert 16 annehmen, deswegen setzen wir sie gleich :

e 0,6u -0,8 - e -0,8 = 16 | + e -0,8
e 0,6u -0,8 = e -0,8 +16
e 0,6u -0,8 = 16,4493 |ln(⋅)
0,6u -0,8 = ln( 16,4493 )
0,6u -0,8 = 2,8003 | +0,8
0,6u = 3,6003 |:0,6
u = 6,0005

Mittelwerte

Beispiel:

Bestimme den Mittelwert der Funktionswerte von f mit f(x)= 2 ( 3x -7 ) 2 zwischen 0 und 3.

Lösung einblenden

Wir berechnen den Mittelwert mit der üblichen Formel:

m = 1 3 +0 0 3 2 ( 3x -7 ) 2 x

= 1 3 [ 2 9 ( 3x -7 ) 3 ] 0 3

= 1 3 ( 2 9 ( 33 -7 ) 3 - 2 9 ( 30 -7 ) 3 )

= 1 3 ( 2 9 ( 9 -7 ) 3 - 2 9 ( 0 -7 ) 3 )

= 1 3 ( 2 9 2 3 - 2 9 ( -7 ) 3 )

= 1 3 ( 2 9 8 - 2 9 ( -343 ) )

= 1 3 ( 16 9 + 686 9 )

= 1 3 · 78

= 26

uneigentliche Integrale

Beispiel:

Das Schaubild der Funktion f mit f(x)= - 1 2x -6 schließt mit der x-Achse, der Geraden x= 7,5 und der Geraden x=3 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 7,5 - 1 2x -6 x
= u 7,5 - ( 2x -6 ) - 1 2 x

= [ - ( 2x -6 ) 1 2 ] u 7,5

= [ - 2x -6 ] u 7,5

= - 27,5 -6 + 2u -6

= - 15 -6 + 2u -6

= - 9 + 2u -6

= -3 + 2u -6

= 2u -6 -3

Für u → 3 (u>3, also von rechts) gilt: A(u) = 2u -6 -3 0 -3 = -3 ≈ -3

Für den Flächeninhalt (immer positiv) gilt also I = 3