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=1 sind 72 Bakterien vorhanden. Wie viele sind es nach 2 Minuten?

Lösung einblenden
Zuerst berechnen wir die Änderung des Bestands zwischen 1 und 2:
1 2 6 e x -1 x

= [ 6 e x -1 ] 1 2

= 6 e 2 -1 -6 e 1 -1

= 6 e 1 -6 e 0

= 6e -6


≈ 10,31
Der neue Bestand setzt sich aus dem Anfangsbestand bei 1 und der Änderung zwischen 1 und 2 zusammen:
B = 72 + -6 +6e ≈ 82.31

Integralanwendungen

Beispiel:

Aus einem Wasserhahn läuft Wasser mit der Auslaufgeschwindigkeit f(x)= 4 ( 2x -3 ) 2 (in Liter pro Minute) in einen Wassertank. Nach 2 Minuten sind 14 Liter im Tank. Wieviel Liter sind nach 4 Minuten darin?

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

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

= [ - 2 2x -3 ] 2 4

= - 2 24 -3 + 2 22 -3

= - 2 8 -3 + 2 4 -3

= - 2 5 + 2 1

= -2( 1 5 ) +21

= - 2 5 +2

= - 2 5 + 10 5

= 8 5


= 1,6
Der neue Bestand setzt sich aus dem Anfangsbestand bei 2 und der Änderung zwischen 2 und 4 zusammen:
B = 14 + 8 5 = 78 5 ≈ 15.6

Integralfunktion - Gleichung

Beispiel:

Bestimme u > 0 so, dass 0 u 2 e 0,4x -0,5 x = 11

Lösung einblenden
0 u 2 e 0,4x -0,5 x

= [ 5 e 0,4x -0,5 ] 0 u

= 5 e 0,4u -0,5 -5 e 0,40 -0,5

= 5 e 0,4u -0,5 -5 e 0 -0,5

= 5 e 0,4u -0,5 -5 e -0,5

Diese Integralfunktion soll ja den Wert 11 annehmen, deswegen setzen wir sie gleich :

5 e 0,4u -0,5 -5 e -0,5 = 11 | +5 e -0,5
5 e 0,4u -0,5 = 5 e -0,5 +11
5 e 0,4u -0,5 = 14,0327 |:5
e 0,4u -0,5 = 2,8065 |ln(⋅)
0,4u -0,5 = ln( 2,8065 )
0,4u -0,5 = 1,0319 | +0,5
0,4u = 1,5319 |:0,4
u = 3,8298

Mittelwerte

Beispiel:

Die Menge an Wasser in einem Wassertank zur Zeit x (in min) kann näherungsweise durch die Funktion f mit f(x)= 5 ( 3x -4 ) 3 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 5 ( 3x -4 ) 3 x

= 1 3 [ 5 12 ( 3x -4 ) 4 ] 0 3

= 1 3 ( 5 12 ( 33 -4 ) 4 - 5 12 ( 30 -4 ) 4 )

= 1 3 ( 5 12 ( 9 -4 ) 4 - 5 12 ( 0 -4 ) 4 )

= 1 3 ( 5 12 5 4 - 5 12 ( -4 ) 4 )

= 1 3 ( 5 12 625 - 5 12 256 )

= 1 3 ( 3125 12 - 320 3 )

= 1 3 ( 3125 12 - 1280 12 )

= 1 3 · 615 4

= 205 4


= 51,25

uneigentliche Integrale

Beispiel:

Das Schaubild der Funktion f mit f(x)= - e -2x +5 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 - e -2x +5 x

= [ 1 2 e -2x +5 ] 1 u

= 1 2 e -2u +5 - 1 2 e -21 +5

= 1 2 e -2u +5 - 1 2 e -2 +5

= 1 2 e -2u +5 - 1 2 e 3

Für u → ∞ gilt: A(u) = 1 2 e -2u +5 - 1 2 e 3 0 - 1 2 e 3 = - 1 2 e 3 ≈ -10.043

Für den Flächeninhalt (immer positiv) gilt also I = 10.043