Aufgabenbeispiele von Anwendungen

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Integralanwendungen BF

Beispiel:

Bei einer Bakterienkultur geht man von einer Wachstumsrate von 4 e x -1 Bakterien pro Minute zur Zeit x (in Minuten) aus. Zu Zeitpunkt x=1 sind 27 Bakterien vorhanden. Wie viele sind es nach 4 Minuten?

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

= [ 4 e x -1 ] 1 4

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

= 4 e 3 -4 e 0

= 4 e 3 -4


≈ 76,342
Der neue Bestand setzt sich aus dem Anfangsbestand bei 1 und der Änderung zwischen 1 und 4 zusammen:
B = 27 + 4 e 3 -4 ≈ 103.34

Integralanwendungen

Beispiel:

Bei einer Bakterienkultur geht man von einer Wachstumsrate von 3 e 3x -7 Bakterien pro Minute zur Zeit x (in Minuten) aus. Zu Zeitpunkt x=1 sind 32 Bakterien vorhanden. Wie viele sind es nach 4 Minuten?

Lösung einblenden
Zuerst berechnen wir die Änderung des Bestands zwischen 1 und 4:
1 4 3 e 3x -7 x

= [ e 3x -7 ] 1 4

= e 34 -7 - e 31 -7

= e 12 -7 - e 3 -7

= e 5 - e -4


≈ 148,395
Der neue Bestand setzt sich aus dem Anfangsbestand bei 1 und der Änderung zwischen 1 und 4 zusammen:
B = 32 + e 5 - e -4 ≈ 180.39

Integralfunktion - Gleichung

Beispiel:

Bestimme u > 2 so, dass 2 u ( -4x +1 ) x = -130

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 · ( -6 )

= -2 u 2 + u +6

Diese Integralfunktion soll ja den Wert -130 annehmen, deswegen setzen wir sie gleich :

-2 u 2 + u +6 = -130 | +130

-2 u 2 + u +136 = 0

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

u1,2 = -1 ± 1 2 -4 · ( -2 ) · 136 2( -2 )

u1,2 = -1 ± 1 +1088 -4

u1,2 = -1 ± 1089 -4

u1 = -1 + 1089 -4 = -1 +33 -4 = 32 -4 = -8

u2 = -1 - 1089 -4 = -1 -33 -4 = -34 -4 = 8,5

Da u= -8 < 2 ist u= 8,5 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)= x -2 (in mg) beschrieben werden. Berechne die mittlere Wirkstoffmenge in mg zwischen Minute 18 und Minute 27 .

Lösung einblenden

Wir berechnen den Mittelwert mit der üblichen Formel:

m = 1 27 -18 18 27 x -2 x
= 1 9 18 27 ( x -2 ) 1 2 x

= 1 9 [ 2 3 ( x -2 ) 3 2 ] 18 27

= 1 9 [ 2 3 ( x -2 ) 3 ] 18 27

= 1 9 ( 2 3 ( 27 -2 ) 3 - 2 3 ( 18 -2 ) 3 )

= 1 9 ( 2 3 ( 25 ) 3 - 2 3 ( 16 ) 3 )

= 1 9 ( 2 3 5 3 - 2 3 4 3 )

= 1 9 ( 2 3 125 - 2 3 64 )

= 1 9 ( 250 3 - 128 3 )

= 1 9 · 122 3

= 122 27


≈ 4,519

uneigentliche Integrale

Beispiel:

Das Schaubild der Funktion f mit f(x)= 3 ( -3x +6 ) 2 schließt mit der x-Achse und der Geraden x=3 eine nach rechts offene Fläche ein.
Untersuche, ob der Flächeninhalt endlich ist und bestimme in diesem Fall diesen Flächeninhalt.


Lösung einblenden
A(u)= 3 u 3 ( -3x +6 ) 2 x
= 3 u 3 ( -3x +6 ) -2 x

= [ ( -3x +6 ) -1 ] 3 u

= [ 1 -3x +6 ] 3 u

= 1 -3u +6 - 1 -33 +6

= 1 -3u +6 - 1 -9 +6

= 1 -3u +6 - 1 ( -3 )

= 1 -3u +6 - ( - 1 3 )

= 1 -3u +6 + 1 3

Für u → ∞ gilt: A(u) = 1 -3u +6 + 1 3 0 + 1 3 = 1 3 ≈ 0.333

Für den Flächeninhalt (immer positiv) gilt also I = 0.333