Integralanwendungen BF
Beispiel:
Aus einem Wasserhahn läuft Wasser mit der Auslaufgeschwindigkeit f(x)= (in Liter pro Minute) in einen Wassertank. Nach 1 Minuten sind 17 Liter im Tank. Wieviel Liter sind nach 4 Minuten darin?
Lösung einblenden
Zuerst berechnen wir die Änderung des Bestands zwischen 1 und 4:
=
=
≈ 7,021
Der neue Bestand setzt sich aus dem Anfangsbestand bei 1 und der Änderung zwischen 1 und 4
zusammen:
B = 17 +
≈ 24.02
Integralanwendungen
Beispiel:
Bei einer Bakterienkultur geht man von einer Wachstumsrate von Bakterien pro Minute zur Zeit x (in Minuten) aus. Zu Zeitpunkt x=2 sind 58 Bakterien vorhanden. Wie viele sind es nach 3 Minuten?
Lösung einblenden
Zuerst berechnen wir die Änderung des Bestands zwischen 2 und 3:
=
=
=
≈ 7,021
Der neue Bestand setzt sich aus dem Anfangsbestand bei 2 und der Änderung zwischen 2 und 3
zusammen:
B = 58 +
≈ 65.02
Integralfunktion - Gleichung
Beispiel:
Bestimme u > 2 so, dass =
Lösung einblenden
=
=
=
=
=
|
|
= |
|
|
|
= 0
u1,2 =
u1,2 =
u1,2 =
u1 =
= =
36
-4
=
-9
u2 =
3
-
1089
-4
=
3
-33
-4
=
-30
-4
=
7,5
Da u=
-9
< 2 ist u=
7,5
die einzige Lösung.
Mittelwerte
Beispiel:
Die Menge eines Wirkstoffs im Blut eines Patienten kann zur Zeit x (in min) näherungsweise durch die Funktion f mit f(x)= 5 x -1 (in mg) beschrieben werden. Berechne die mittlere Wirkstoffmenge in mg zwischen Minute 17 und Minute 26 .
Lösung einblenden
Wir berechnen den Mittelwert mit der üblichen Formel:
m =
1
26
-17
∫
17
26
5
x
-1
ⅆ
x
=
1
9
∫
17
26
5
(
x
-1
)
1
2
ⅆ
x
=
1
9
[
10
3
(
x
-1
)
3
2
]
17
26
=
1
9
[
10
3
(
x
-1
)
3
]
17
26
=
1
9
(
10
3
(
26
-1
)
3
-
10
3
(
17
-1
)
3
)
=
1
9
(
10
3
(
25
)
3
-
10
3
(
16
)
3
)
=
1
9
(
10
3
⋅
5
3
-
10
3
⋅
4
3
)
=
1
9
(
10
3
⋅125
-
10
3
⋅64
)
=
1
9
(
1250
3
-
640
3
)
=
1
9
·
610
3
=
610
27
≈ 22,593
uneigentliche Integrale
Beispiel:
Das Schaubild der Funktion f mit f(x)= - 1 ( -x +2 ) 3 schließt mit der x-Achse und der Geraden x=4 eine nach rechts offene Fläche ein.
Untersuche, ob der Flächeninhalt endlich ist und bestimme in diesem Fall diesen Flächeninhalt.
Lösung einblenden
A(u)=
∫
4
u
-
1
(
-x
+2
)
3
ⅆ
x
=
∫
4
u
-
(
-x
+2
)
-3
ⅆ
x
=
[
-
1
2
(
-x
+2
)
-2
]
4
u
=
[
-
1
2
(
-x
+2
)
2
]
4
u
=
-
1
2
(
-u
+2
)
2
+
1
2
(
-4
+2
)
2
=
-
1
2
(
-u
+2
)
2
+
1
2
( -2 )
2
=
-
1
2
(
-u
+2
)
2
+
1
2
⋅(
1
4
)
=
-
1
2
(
-u
+2
)
2
+
1
8
Für u → ∞ gilt: A(u) =
-
1
2
(
-u
+2
)
2
+
1
8
→
0
+
1
8
=
1
8
≈ 0.125
Für den Flächeninhalt (immer positiv) gilt also I = 0.125