Aufgabenbeispiele von Anwendungen

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Integralanwendungen BF

Beispiel:

Aus einem Wasserhahn läuft Wasser mit der Auslaufgeschwindigkeit f(x)= 1 ( x -2 ) 4 (in Liter pro Minute) in einen Wassertank. Nach 3 Minuten sind 6 Liter im Tank. Wieviel Liter sind nach 6 Minuten darin?

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

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

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

= - 1 3 ( 6 -2 ) 3 + 1 3 ( 3 -2 ) 3

= - 1 3 4 3 + 1 3 1 3

= - 1 3 ( 1 64 ) + 1 3 1

= - 1 192 + 1 3

= - 1 192 + 64 192

= 21 64


≈ 0,328
Der neue Bestand setzt sich aus dem Anfangsbestand bei 3 und der Änderung zwischen 3 und 6 zusammen:
B = 6 + 21 64 = 405 64 ≈ 6.33

Integralanwendungen

Beispiel:

Bei einer Bakterienkultur geht man von einer Wachstumsrate von 4 e 2x -3 Bakterien pro Minute zur Zeit x (in Minuten) aus. Zu Zeitpunkt x=0 sind 43 Bakterien vorhanden. Wie viele sind es nach 1 Minuten?

Lösung einblenden
Zuerst berechnen wir die Änderung des Bestands zwischen 0 und 1:
0 1 4 e 2x -3 x

= [ 2 e 2x -3 ] 0 1

= 2 e 21 -3 -2 e 20 -3

= 2 e 2 -3 -2 e 0 -3

= 2 e -1 -2 e -3


≈ 0,636
Der neue Bestand setzt sich aus dem Anfangsbestand bei 0 und der Änderung zwischen 0 und 1 zusammen:
B = 43 + 2 e -1 -2 e -3 ≈ 43.64

Integralfunktion - Gleichung

Beispiel:

Bestimme u > 1 so, dass 1 u 6x x = 9

Lösung einblenden
1 u 6x x

= [ 3 x 2 ] 1 u

= 3 u 2 -3 1 2

= 3 u 2 -31

= 3 u 2 -3

Diese Integralfunktion soll ja den Wert 9 annehmen, deswegen setzen wir sie gleich :

3 u 2 -3 = 9 | +3
3 u 2 = 12 |:3
u 2 = 4 | 2
u1 = - 4 = -2
u2 = 4 = 2

Da u= -2 < 1 ist u= 2 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)= 2 ( 3x -7 ) 3 (in mg) beschrieben werden. Berechne die mittlere Wirkstoffmenge in mg zwischen Minute 2 und Minute 3.

Lösung einblenden

Wir berechnen den Mittelwert mit der üblichen Formel:

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

= 1 [ 1 6 ( 3x -7 ) 4 ] 2 3

= 1 6 ( 33 -7 ) 4 - 1 6 ( 32 -7 ) 4

= 1 6 ( 9 -7 ) 4 - 1 6 ( 6 -7 ) 4

= 1 6 2 4 - 1 6 ( -1 ) 4

= 1 6 16 - 1 6 1

= 8 3 - 1 6

= 16 6 - 1 6

= 5 2


= 2,5

uneigentliche Integrale

Beispiel:

Das Schaubild der Funktion f mit f(x)= - 3 ( -3x +3 ) 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 - 3 ( -3x +3 ) 2 x
= 2 u -3 ( -3x +3 ) -2 x

= [ - ( -3x +3 ) -1 ] 2 u

= [ - 1 -3x +3 ] 2 u

= - 1 -3u +3 + 1 -32 +3

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

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

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

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

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