Aufgabenbeispiele von Anwendungen

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Integralanwendungen BF

Beispiel:

Die Bewegungsgeschwindigkeit eines Körpers lässt sich nährungsweise durch die Funktion f mit f(x)= 1 ( 2x -5 ) 3 (in m/s, x in Sekunden) beschreiben. Nach 4s hat er bereits 14 m zurückgelegt. Wie weit ist er nach 5 Sekunden?

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

= [ - 1 4 ( 2x -5 ) -2 ] 4 5

= [ - 1 4 ( 2x -5 ) 2 ] 4 5

= - 1 4 ( 25 -5 ) 2 + 1 4 ( 24 -5 ) 2

= - 1 4 ( 10 -5 ) 2 + 1 4 ( 8 -5 ) 2

= - 1 4 5 2 + 1 4 3 2

= - 1 4 ( 1 25 ) + 1 4 ( 1 9 )

= - 1 100 + 1 36

= - 9 900 + 25 900

= 4 225


≈ 0,018
Der neue Bestand setzt sich aus dem Anfangsbestand bei 4 und der Änderung zwischen 4 und 5 zusammen:
B = 14 + 4 225 = 3154 225 ≈ 14.02

Integralanwendungen

Beispiel:

Bei einer Bakterienkultur geht man von einer Wachstumsrate von e x -2 Bakterien pro Minute zur Zeit x (in Minuten) aus. Zu Zeitpunkt x=2 sind 49 Bakterien vorhanden. Wie viele sind es nach 3 Minuten?

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

= [ e x -2 ] 2 3

= e 3 -2 - e 2 -2

= e 1 - e 0

= e -1


≈ 1,718
Der neue Bestand setzt sich aus dem Anfangsbestand bei 2 und der Änderung zwischen 2 und 3 zusammen:
B = 49 + -1 + e ≈ 50.72

Integralfunktion - Gleichung

Beispiel:

Bestimme u > 1 so, dass 1 u 6x x = 87,75

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 87,75 annehmen, deswegen setzen wir sie gleich :

3 u 2 -3 = 87,75 | +3
3 u 2 = 90,75 |:3
u 2 = 30,25 | 2
u1 = - 30,25 = -5,5
u2 = 30,25 = 5,5

Da u= -5,5 < 1 ist u= 5,5 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)= 2 ( x -1 ) 2 beschrieben werden. Wieviel Wasser sind während der ersten 1 Minuten durchschnittlich im Tank?

Lösung einblenden

Wir berechnen den Mittelwert mit der üblichen Formel:

m = 1 1 +0 0 1 2 ( x -1 ) 2 x

= 1 [ 2 3 ( x -1 ) 3 ] 0 1

= 2 3 ( 1 -1 ) 3 - 2 3 ( 0 -1 ) 3

= 2 3 0 3 - 2 3 ( -1 ) 3

= 2 3 0 - 2 3 ( -1 )

= 0 + 2 3

= 0 + 2 3

= 2 3


≈ 0,667

uneigentliche Integrale

Beispiel:

Das Schaubild der Funktion f mit f(x)= 2 2x -6 schließt mit der x-Achse, der Geraden x= 3,5 und der Geraden x=3 eine nach oben bzw. unten offene Fläche ein.
Untersuche, ob der Flächeninhalt endlich ist und bestimme in diesem Fall diesen Flächeninhalt.


Lösung einblenden
A(u)= u 3,5 2 2x -6 x
= u 3,5 2 ( 2x -6 ) - 1 2 x

= [ 2 ( 2x -6 ) 1 2 ] u 3,5

= [ 2 2x -6 ] u 3,5

= 2 23,5 -6 -2 2u -6

= 2 7 -6 -2 2u -6

= 2 1 -2 2u -6

= 21 -2 2u -6

= 2 -2 2u -6

Für u → 3 (u>3, also von rechts) gilt: A(u) = -2 2u -6 +2 0 +2 = 2 ≈ 2

Für den Flächeninhalt (immer positiv) gilt also I = 2