Aufgabenbeispiele von Anwendungen

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Integralanwendungen BF

Beispiel:

Die Bewegungsgeschwindigkeit eines Körpers lässt sich nährungsweise durch die Funktion f mit f(x)= 3 ( 3x -3 ) 3 (in m/s, x in Sekunden) beschreiben. Nach 3s hat er bereits 13 m zurückgelegt. Wie weit ist er nach 6 Sekunden?

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

= [ - 1 2 ( 3x -3 ) -2 ] 3 6

= [ - 1 2 ( 3x -3 ) 2 ] 3 6

= - 1 2 ( 36 -3 ) 2 + 1 2 ( 33 -3 ) 2

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

= - 1 2 15 2 + 1 2 6 2

= - 1 2 ( 1 225 ) + 1 2 ( 1 36 )

= - 1 450 + 1 72

= - 4 1800 + 25 1800

= 7 600


≈ 0,012
Der neue Bestand setzt sich aus dem Anfangsbestand bei 3 und der Änderung zwischen 3 und 6 zusammen:
B = 13 + 7 600 = 7807 600 ≈ 13.01

Integralanwendungen

Beispiel:

Die Bewegungsgeschwindigkeit eines Körpers lässt sich nährungsweise durch die Funktion f mit f(x)= 6 x -1 (in m/s, x in Sekunden) beschreiben. Nach 10 s hat er bereits 5 m zurückgelegt. Wie weit ist er nach 17 Sekunden?

Lösung einblenden
Zuerst berechnen wir die Änderung des Bestands zwischen 10 und 17:
10 17 6 x -1 x
= 10 17 6 ( x -1 ) 1 2 x

= [ 4 ( x -1 ) 3 2 ] 10 17

= [ 4 ( x -1 ) 3 ] 10 17

= 4 ( 17 -1 ) 3 -4 ( 10 -1 ) 3

= 4 ( 16 ) 3 -4 ( 9 ) 3

= 4 4 3 -4 3 3

= 464 -427

= 256 -108

= 148

Der neue Bestand setzt sich aus dem Anfangsbestand bei 10 und der Änderung zwischen 10 und 17 zusammen:
B = 5 + 148 = 153

Integralfunktion - Gleichung

Beispiel:

Bestimme u > 0 so, dass 0 u 3,6 e -0,9x +0,8 x = 3

Lösung einblenden
0 u 3,6 e -0,9x +0,8 x

= [ -4 e -0,9x +0,8 ] 0 u

= -4 e -0,9u +0,8 +4 e -0,90 +0,8

= -4 e -0,9u +0,8 +4 e 0 +0,8

= -4 e -0,9u +0,8 +4 e 0,8

Diese Integralfunktion soll ja den Wert 3 annehmen, deswegen setzen wir sie gleich :

-4 e -0,9u +0,8 +4 e 0,8 = 3 | -4 e 0,8
-4 e -0,9u +0,8 = -4 e 0,8 +3
-4 e -0,9u +0,8 = -5,9022 |:-4
e -0,9u +0,8 = 1,4756 |ln(⋅)
-0,9u +0,8 = ln( 1,4756 )
-0,9u +0,8 = 0,3891 | -0,8
-0,9u = -0,4109 |:(-0,9 )
u = 0,4566

Mittelwerte

Beispiel:

Die Menge eines Wirkstoffs im Blut eines Patienten kann zur Zeit x (in min) näherungsweise durch die Funktion f mit f(x)= 6 2x -3 (in mg) beschrieben werden. Berechne die mittlere Wirkstoffmenge in mg zwischen Minute 6 und Minute 19 2 .

Lösung einblenden

Wir berechnen den Mittelwert mit der üblichen Formel:

m = 1 19 2 -6 6 19 2 6 2x -3 x
= 2 7 6 19 2 6 ( 2x -3 ) 1 2 x

= 2 7 [ 2 ( 2x -3 ) 3 2 ] 6 19 2

= 2 7 [ 2 ( 2x -3 ) 3 ] 6 19 2

= 2 7 ( 2 ( 2( 19 2 ) -3 ) 3 -2 ( 26 -3 ) 3 )

= 2 7 ( 2 ( 19 -3 ) 3 -2 ( 12 -3 ) 3 )

= 2 7 ( 2 ( 16 ) 3 -2 ( 9 ) 3 )

= 2 7 ( 2 4 3 -2 3 3 )

= 2 7 ( 264 -227 )

= 2 7 ( 128 -54 )

= 2 7 · 74

= 148 7


≈ 21,143

uneigentliche Integrale

Beispiel:

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


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

= [ 3 e x -3 ] 1 u

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

= 3 e u -3 -3 e -2

Für u → ∞ gilt: A(u) = 3 e u -3 -3 e -2