Aufgabenbeispiele von Anwendungen

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Integralanwendungen BF

Beispiel:

Bei einer Bakterienkultur geht man von einer Wachstumsrate von 5 e 2x -4 Bakterien pro Minute zur Zeit x (in Minuten) aus. Zu Zeitpunkt x=2 sind 37 Bakterien vorhanden. Wie viele sind es nach 5 Minuten?

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

= [ 5 2 e 2x -4 ] 2 5

= 5 2 e 25 -4 - 5 2 e 22 -4

= 5 2 e 10 -4 - 5 2 e 4 -4

= 5 2 e 6 - 5 2 e 0

= 5 2 e 6 - 5 2


≈ 1006,072
Der neue Bestand setzt sich aus dem Anfangsbestand bei 2 und der Änderung zwischen 2 und 5 zusammen:
B = 37 + 5 2 e 6 - 5 2 ≈ 1043.07

Integralanwendungen

Beispiel:

Die Bewegungsgeschwindigkeit eines Körpers lässt sich nährungsweise durch die Funktion f mit f(x)= 5 ( x -2 ) 2 (in m/s, x in Sekunden) beschreiben. Nach 3s hat er bereits 3 m zurückgelegt. Wie weit ist er nach 4 Sekunden?

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

= [ -5 ( x -2 ) -1 ] 3 4

= [ - 5 x -2 ] 3 4

= - 5 4 -2 + 5 3 -2

= - 5 2 + 5 1

= -5( 1 2 ) +51

= - 5 2 +5

= -2,5 +5

= 2,5


= 2,5
Der neue Bestand setzt sich aus dem Anfangsbestand bei 3 und der Änderung zwischen 3 und 4 zusammen:
B = 3 + 5 2 = 11 2 ≈ 5.5

Integralfunktion - Gleichung

Beispiel:

Bestimme u > 0 so, dass 0 u 1,5 e 0,3x -0,5 x = 9

Lösung einblenden
0 u 1,5 e 0,3x -0,5 x

= [ 5 e 0,3x -0,5 ] 0 u

= 5 e 0,3u -0,5 -5 e 0,30 -0,5

= 5 e 0,3u -0,5 -5 e 0 -0,5

= 5 e 0,3u -0,5 -5 e -0,5

Diese Integralfunktion soll ja den Wert 9 annehmen, deswegen setzen wir sie gleich :

5 e 0,3u -0,5 -5 e -0,5 = 9 | +5 e -0,5
5 e 0,3u -0,5 = 5 e -0,5 +9
5 e 0,3u -0,5 = 12,0327 |:5
e 0,3u -0,5 = 2,4065 |ln(⋅)
0,3u -0,5 = ln( 2,4065 )
0,3u -0,5 = 0,8782 | +0,5
0,3u = 1,3782 |:0,3
u = 4,594

Mittelwerte

Beispiel:

Bestimme den Mittelwert der Funktionswerte von f mit f(x)= 2 sin( x + 3 2 π) zwischen 0 und π .

Lösung einblenden

Wir berechnen den Mittelwert mit der üblichen Formel:

m = 1 π+0 0 π 2 sin( x + 3 2 π) x

= 1 π [ -2 cos( x + 3 2 π) ] 0 π

= 1 π · ( -2 cos( π + 3 2 π) +2 cos( 0 + 3 2 π) )

= 1 π · ( -2 cos( 5 2 π) +2 cos( 3 2 π) )

= 1 π · ( -20 +20 )

= 1 π · ( 0+0 )

= 1 π · 0

= 0

uneigentliche Integrale

Beispiel:

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


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

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

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

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

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

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

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

Für u → ∞ gilt: A(u) = 3 2 ( u -1 ) 2 - 3 2 0 - 3 2 = - 3 2 ≈ -1.5

Für den Flächeninhalt (immer positiv) gilt also I = 1.5