Aufgabenbeispiele von Anwendungen

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Integralanwendungen BF

Beispiel:

Die Bewegungsgeschwindigkeit eines Körpers lässt sich nährungsweise durch die Funktion f mit f(x)= 6 ( 2x -2 ) 3 (in m/s, x in Sekunden) beschreiben. Nach 2s hat er bereits 14 m zurückgelegt. Wie weit ist er nach 4 Sekunden?

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

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

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

= - 3 2 ( 24 -2 ) 2 + 3 2 ( 22 -2 ) 2

= - 3 2 ( 8 -2 ) 2 + 3 2 ( 4 -2 ) 2

= - 3 2 6 2 + 3 2 2 2

= - 3 2 ( 1 36 ) + 3 2 ( 1 4 )

= - 1 24 + 3 8

= - 1 24 + 9 24

= 1 3


≈ 0,333
Der neue Bestand setzt sich aus dem Anfangsbestand bei 2 und der Änderung zwischen 2 und 4 zusammen:
B = 14 + 1 3 = 43 3 ≈ 14.33

Integralanwendungen

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=1 sind 61 Bakterien vorhanden. Wie viele sind es nach 3 Minuten?

Lösung einblenden
Zuerst berechnen wir die Änderung des Bestands zwischen 1 und 3:
1 3 4 e x -3 x

= [ 4 e x -3 ] 1 3

= 4 e 3 -3 -4 e 1 -3

= 4 e 0 -4 e -2

= 4 -4 e -2


≈ 3,459
Der neue Bestand setzt sich aus dem Anfangsbestand bei 1 und der Änderung zwischen 1 und 3 zusammen:
B = 61 + -4 e -2 +4 ≈ 64.46

Integralfunktion - Gleichung

Beispiel:

Bestimme u > 2 so, dass 2 u ( 4x +1 ) x = 95

Lösung einblenden
2 u ( 4x +1 ) x

= [ 2 x 2 + x ] 2 u

= 2 u 2 + u - ( 2 2 2 +2 )

= 2 u 2 + u - ( 24 +2 )

= 2 u 2 + u - ( 8 +2 )

= 2 u 2 + u -1 · 10

= 2 u 2 + u -10

Diese Integralfunktion soll ja den Wert 95 annehmen, deswegen setzen wir sie gleich :

2 u 2 + u -10 = 95 | -95

2 u 2 + u -105 = 0

eingesetzt in die Mitternachtsformel (a-b-c-Formel):

u1,2 = -1 ± 1 2 -4 · 2 · ( -105 ) 22

u1,2 = -1 ± 1 +840 4

u1,2 = -1 ± 841 4

u1 = -1 + 841 4 = -1 +29 4 = 28 4 = 7

u2 = -1 - 841 4 = -1 -29 4 = -30 4 = -7,5

Da u= -7,5 < 2 ist u= 7 die einzige Lösung.

Mittelwerte

Beispiel:

Die Temperatur an einem Wintertag kann näherungsweise durch die Funktion f mit f(x)= 4 sin( 2x - 3 2 π) beschrieben werden. Bestimme die Durchschnittstemperatur zwischen 0 und 3 2 π .

Lösung einblenden

Wir berechnen den Mittelwert mit der üblichen Formel:

m = 1 3 2 π+0 0 3 2 π 4 sin( 2x - 3 2 π) x

= 2 3 π [ -2 cos( 2x - 3 2 π) ] 0 3 2 π

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

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

= 2 3 π · ( -20 +20 )

= 2 3 π · ( 0+0 )

= 2 3 π · 0

= 0

uneigentliche Integrale

Beispiel:

Das Schaubild der Funktion f mit f(x)= e -3x +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 e -3x +3 x

= [ - 1 3 e -3x +3 ] 2 u

= - 1 3 e -3u +3 + 1 3 e -32 +3

= - 1 3 e -3u +3 + 1 3 e -6 +3

= - 1 3 e -3u +3 + 1 3 e -3

Für u → ∞ gilt: A(u) = - 1 3 e -3u +3 + 1 3 e -3 0 + 1 3 e -3 = 1 3 e -3 ≈ 0.017

Für den Flächeninhalt (immer positiv) gilt also I = 0.017