Aufgabenbeispiele von Anwendungen

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Integralanwendungen BF

Beispiel:

Bei einer Bakterienkultur geht man von einer Wachstumsrate von 6 e x -1 Bakterien pro Minute zur Zeit x (in Minuten) aus. Zu Zeitpunkt x=0 sind 26 Bakterien vorhanden. Wie viele sind es nach 1 Minuten?

Lösung einblenden
Zuerst berechnen wir die Änderung des Bestands zwischen 0 und 1:
0 1 6 e x -1 x

= [ 6 e x -1 ] 0 1

= 6 e 1 -1 -6 e 0 -1

= 6 e 0 -6 e -1

= 6 -6 e -1


≈ 3,793
Der neue Bestand setzt sich aus dem Anfangsbestand bei 0 und der Änderung zwischen 0 und 1 zusammen:
B = 26 + -6 e -1 +6 ≈ 29.79

Integralanwendungen

Beispiel:

Die Bewegungsgeschwindigkeit eines Körpers lässt sich nährungsweise durch die Funktion f mit f(x)= 2 3x -6 (in m/s, x in Sekunden) beschreiben. Nach 4s hat er bereits 7 m zurückgelegt. Wie weit ist er nach 5 Sekunden?

Lösung einblenden
Zuerst berechnen wir die Änderung des Bestands zwischen 4 und 5:
4 5 2 3x -6 x
= 4 5 2 ( 3x -6 ) -1 x

= [ 2 3 ln( | 3x -6 | ) ] 4 5

= 2 3 ln( | 35 -6 | ) - 2 3 ln( | 34 -6 | )

= 2 3 ln( | 15 -6 | ) - 2 3 ln( | 12 -6 | )

= 2 3 ln( 9 ) - 2 3 ln( | 12 -6 | )

= 2 3 ln( 9 ) - 2 3 ln( 6 )


≈ 0,27
Der neue Bestand setzt sich aus dem Anfangsbestand bei 4 und der Änderung zwischen 4 und 5 zusammen:
B = 7 + 2 3 ln( | 9 | ) - 2 3 ln( | 6 | ) ≈ 7.27

Integralfunktion - Gleichung

Beispiel:

Bestimme u > 2 so, dass 2 u 6x x = 6,75

Lösung einblenden
2 u 6x x

= [ 3 x 2 ] 2 u

= 3 u 2 -3 2 2

= 3 u 2 -34

= 3 u 2 -12

Diese Integralfunktion soll ja den Wert 6,75 annehmen, deswegen setzen wir sie gleich :

3 u 2 -12 = 6,75 | +12
3 u 2 = 18,75 |:3
u 2 = 6,25 | 2
u1 = - 6,25 = -2,5
u2 = 6,25 = 2,5

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

Mittelwerte

Beispiel:

Die Menge an Wasser in einem Wassertank zur Zeit x (in min) kann näherungsweise durch die Funktion f mit f(x)= 4 e 3x -5 beschrieben werden. Wieviel Wasser sind während der ersten 3 Minuten durchschnittlich im Tank?

Lösung einblenden

Wir berechnen den Mittelwert mit der üblichen Formel:

m = 1 3 +0 0 3 4 e 3x -5 x

= 1 3 [ 4 3 e 3x -5 ] 0 3

= 1 3 ( 4 3 e 33 -5 - 4 3 e 30 -5 )

= 1 3 ( 4 3 e 9 -5 - 4 3 e 0 -5 )

= 1 3 ( 4 3 e 4 - 4 3 e -5 )


≈ 24,263

uneigentliche Integrale

Beispiel:

Das Schaubild der Funktion f mit f(x)= 2 -2x +2 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 2 -2x +2 x
= 2 u 2 ( -2x +2 ) -1 x

= [ - ln( | -2x +2 | ) ] 2 u

= - ln( | -2( u ) +2 | ) + ln( | -22 +2 | )

= - ln( | -2u +2 | ) + ln( | -4 +2 | )

= - ln( | -2u +2 | ) + ln( 2 )

Für u → ∞ gilt: A(u) = ln( 2 ) - ln( | -2x +2 | )