Aufgabenbeispiele von Anwendungen

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Integralanwendungen BF

Beispiel:

Bei einer Bakterienkultur geht man von einer Wachstumsrate von 5 e 2x -5 Bakterien pro Minute zur Zeit x (in Minuten) aus. Zu Zeitpunkt x=0 sind 53 Bakterien vorhanden. Wie viele sind es nach 2 Minuten?

Lösung einblenden
Zuerst berechnen wir die Änderung des Bestands zwischen 0 und 2:
0 2 5 e 2x -5 x

= [ 5 2 e 2x -5 ] 0 2

= 5 2 e 22 -5 - 5 2 e 20 -5

= 5 2 e 4 -5 - 5 2 e 0 -5

= 5 2 e -1 - 5 2 e -5


≈ 0,903
Der neue Bestand setzt sich aus dem Anfangsbestand bei 0 und der Änderung zwischen 0 und 2 zusammen:
B = 53 + 5 2 e -1 - 5 2 e -5 ≈ 53.9

Integralanwendungen

Beispiel:

Die Bewegungsgeschwindigkeit eines Körpers lässt sich nährungsweise durch die Funktion f mit f(x)= 4 ( 3x -4 ) 2 (in m/s, x in Sekunden) beschreiben. Nach 3s hat er bereits 20 m zurückgelegt. Wie weit ist er nach 6 Sekunden?

Lösung einblenden
Zuerst berechnen wir die Änderung des Bestands zwischen 3 und 6:
3 6 4 ( 3x -4 ) 2 x
= 3 6 4 ( 3x -4 ) -2 x

= [ - 4 3 ( 3x -4 ) -1 ] 3 6

= [ - 4 3( 3x -4 ) ] 3 6

= - 4 3( 36 -4 ) + 4 3( 33 -4 )

= - 4 3( 18 -4 ) + 4 3( 9 -4 )

= - 4 3 14 + 4 3 5

= - 4 3 ( 1 14 ) + 4 3 ( 1 5 )

= - 2 21 + 4 15

= - 10 105 + 28 105

= 6 35


≈ 0,171
Der neue Bestand setzt sich aus dem Anfangsbestand bei 3 und der Änderung zwischen 3 und 6 zusammen:
B = 20 + 6 35 = 706 35 ≈ 20.17

Integralfunktion - Gleichung

Beispiel:

Bestimme u > 0 so, dass 0 u 8x x = 25

Lösung einblenden
0 u 8x x

= [ 4 x 2 ] 0 u

= 4 u 2 -4 0 2

= 4 u 2 -40

= 4 u 2 +0

= 4 u 2

Diese Integralfunktion soll ja den Wert 25 annehmen, deswegen setzen wir sie gleich :

4 u 2 = 25 |:4
u 2 = 25 4 | 2
u1 = - 25 4 = - 5 2
u2 = 25 4 = 5 2

Da u= - 5 2 < 0 ist u= 5 2 die einzige Lösung.

Mittelwerte

Beispiel:

Bestimme den Mittelwert der Funktionswerte von f mit f(x)= 4 sin( x + π) zwischen 1 2 π und π .

Lösung einblenden

Wir berechnen den Mittelwert mit der üblichen Formel:

m = 1 π - 1 2 π 1 2 π π 4 sin( x + π) x

= 2 π [ -4 cos( x + π) ] 1 2 π π

= 2 π · ( -4 cos( π + π) +4 cos( 1 2 π + π) )

= 2 π · ( -4 cos(2π) +4 cos( 3 2 π) )

= 2 π · ( -41 +40 )

= 2 π · ( -4 +0 )

= 2 π · ( -4 )

= - 8 π


≈ -2,546

uneigentliche Integrale

Beispiel:

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


Lösung einblenden
A(u)= 0 u - e -2x +2 x

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

= 1 2 e -2u +2 - 1 2 e -20 +2

= 1 2 e -2u +2 - 1 2 e 0 +2

= 1 2 e -2u +2 - 1 2 e 2

Für u → ∞ gilt: A(u) = 1 2 e -2u +2 - 1 2 e 2 0 - 1 2 e 2 = - 1 2 e 2 ≈ -3.695

Für den Flächeninhalt (immer positiv) gilt also I = 3.695