Aufgabenbeispiele von Anwendungen

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Integralanwendungen BF

Beispiel:

Bei einer Bakterienkultur geht man von einer Wachstumsrate von 6 e 2x -3 Bakterien pro Minute zur Zeit x (in Minuten) aus. Zu Zeitpunkt x=2 sind 40 Bakterien vorhanden. Wie viele sind es nach 5 Minuten?

Lösung einblenden
Zuerst berechnen wir die Änderung des Bestands zwischen 2 und 5:
2 5 6 e 2x -3 x

= [ 3 e 2x -3 ] 2 5

= 3 e 25 -3 -3 e 22 -3

= 3 e 10 -3 -3 e 4 -3

= 3 e 7 -3 e 1

= 3 e 7 -3e


≈ 3281,745
Der neue Bestand setzt sich aus dem Anfangsbestand bei 2 und der Änderung zwischen 2 und 5 zusammen:
B = 40 + 3 e 7 -3e ≈ 3321.74

Integralanwendungen

Beispiel:

Bei einer Bakterienkultur geht man von einer Wachstumsrate von 2 e x -3 Bakterien pro Minute zur Zeit x (in Minuten) aus. Zu Zeitpunkt x=2 sind 53 Bakterien vorhanden. Wie viele sind es nach 5 Minuten?

Lösung einblenden
Zuerst berechnen wir die Änderung des Bestands zwischen 2 und 5:
2 5 2 e x -3 x

= [ 2 e x -3 ] 2 5

= 2 e 5 -3 -2 e 2 -3

= 2 e 2 -2 e -1


≈ 14,042
Der neue Bestand setzt sich aus dem Anfangsbestand bei 2 und der Änderung zwischen 2 und 5 zusammen:
B = 53 + 2 e 2 -2 e -1 ≈ 67.04

Integralfunktion - Gleichung

Beispiel:

Bestimme u > 0 so, dass 0 u 4,5 e -0,5x +0,8 x = 7

Lösung einblenden
0 u 4,5 e -0,5x +0,8 x

= [ -9 e -0,5x +0,8 ] 0 u

= -9 e -0,5u +0,8 +9 e -0,50 +0,8

= -9 e -0,5u +0,8 +9 e 0 +0,8

= -9 e -0,5u +0,8 +9 e 0,8

Diese Integralfunktion soll ja den Wert 7 annehmen, deswegen setzen wir sie gleich :

-9 e -0,5u +0,8 +9 e 0,8 = 7 | -9 e 0,8
-9 e -0,5u +0,8 = -9 e 0,8 +7
-9 e -0,5u +0,8 = -13,0299 |:-9
e -0,5u +0,8 = 1,4478 |ln(⋅)
-0,5u +0,8 = ln( 1,4478 )
-0,5u +0,8 = 0,37 | -0,8
-0,5u = -0,43 |:(-0,5 )
u = 0,86

Mittelwerte

Beispiel:

Die Menge eines Wirkstoffs im Blut eines Patienten kann zur Zeit x (in min) näherungsweise durch die Funktion f mit f(x)= 3 ( 3x -6 ) 2 +6 (in mg) beschrieben werden. Berechne die mittlere Wirkstoffmenge in mg zwischen Minute 1 und Minute 4.

Lösung einblenden

Wir berechnen den Mittelwert mit der üblichen Formel:

m = 1 4 -1 1 4 ( 3 ( 3x -6 ) 2 +6 ) x

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

= 1 3 ( 1 3 ( 34 -6 ) 3 +64 - ( 1 3 ( 31 -6 ) 3 +61 ))

= 1 3 ( 1 3 ( 12 -6 ) 3 +24 - ( 1 3 ( 3 -6 ) 3 +6 ))

= 1 3 ( 1 3 6 3 +24 - ( 1 3 ( -3 ) 3 +6 ))

= 1 3 ( 1 3 216 +24 - ( 1 3 ( -27 ) +6 ))

= 1 3 ( 72 +24 - ( -9 +6 ))

= 1 3 ( 96 -1 · ( -3 ))

= 1 3 ( 96 +3 )

= 1 3 · 99

= 33

uneigentliche Integrale

Beispiel:

Das Schaubild der Funktion f mit f(x)= 2 ( x -2 ) 3 schließt mit der x-Achse und der Geraden x=11 eine nach rechts offene Fläche ein.
Untersuche, ob der Flächeninhalt endlich ist und bestimme in diesem Fall diesen Flächeninhalt.


Lösung einblenden
A(u)= 11 u 2 ( x -2 ) 3 x
= 11 u 2 ( x -2 ) - 3 2 x

= [ -4 ( x -2 ) - 1 2 ] 11 u

= [ - 4 x -2 ] 11 u

= - 4 u -2 + 4 11 -2

= - 4 u -2 + 4 9

= - 4 u -2 + 4 3

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

= - 4 u -2 + 4 3

Für u → ∞ gilt: A(u) = - 4 u -2 + 4 3 0 + 4 3 = 4 3 ≈ 1.333

Für den Flächeninhalt (immer positiv) gilt also I = 1.333