Aufgabenbeispiele von Anwendungen

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Integralanwendungen BF

Beispiel:

Bei einer Bakterienkultur geht man von einer Wachstumsrate von 4 e x -3 Bakterien pro Minute zur Zeit x (in Minuten) aus. Zu Zeitpunkt x=1 sind 74 Bakterien vorhanden. Wie viele sind es nach 2 Minuten?

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

= [ 4 e x -3 ] 1 2

= 4 e 2 -3 -4 e 1 -3

= 4 e -1 -4 e -2


≈ 0,93
Der neue Bestand setzt sich aus dem Anfangsbestand bei 1 und der Änderung zwischen 1 und 2 zusammen:
B = 74 + 4 e -1 -4 e -2 ≈ 74.93

Integralanwendungen

Beispiel:

Aus einem Wasserhahn läuft Wasser mit der Auslaufgeschwindigkeit f(x)= 4 e 2x -2 (in Liter pro Minute) in einen Wassertank. Nach 1 Minuten sind 5 Liter im Tank. Wieviel Liter sind nach 2 Minuten darin?

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

= [ 2 e 2x -2 ] 1 2

= 2 e 22 -2 -2 e 21 -2

= 2 e 4 -2 -2 e 2 -2

= 2 e 2 -2 e 0

= 2 e 2 -2


≈ 12,778
Der neue Bestand setzt sich aus dem Anfangsbestand bei 1 und der Änderung zwischen 1 und 2 zusammen:
B = 5 + 2 e 2 -2 ≈ 17.78

Integralfunktion - Gleichung

Beispiel:

Bestimme u > 0 so, dass 0 u 6,4 e -0,8x +0,9 x = 6

Lösung einblenden
0 u 6,4 e -0,8x +0,9 x

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

= -8 e -0,8u +0,9 +8 e -0,80 +0,9

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

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

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

-8 e -0,8u +0,9 +8 e 0,9 = 6 | -8 e 0,9
-8 e -0,8u +0,9 = -8 e 0,9 +6
-8 e -0,8u +0,9 = -13,6768 |:-8
e -0,8u +0,9 = 1,7096 |ln(⋅)
-0,8u +0,9 = ln( 1,7096 )
-0,8u +0,9 = 0,5363 | -0,9
-0,8u = -0,3637 |:(-0,8 )
u = 0,4546

Mittelwerte

Beispiel:

Die Menge eines Wirkstoffs im Blut eines Patienten kann zur Zeit x (in min) näherungsweise durch die Funktion f mit f(x)= 5 3x -7 (in mg) beschrieben werden. Berechne die mittlere Wirkstoffmenge in mg zwischen Minute 23 3 und Minute 32 3 .

Lösung einblenden

Wir berechnen den Mittelwert mit der üblichen Formel:

m = 1 32 3 - 23 3 23 3 32 3 5 3x -7 x
= 1 3 23 3 32 3 5 ( 3x -7 ) 1 2 x

= 1 3 [ 10 9 ( 3x -7 ) 3 2 ] 23 3 32 3

= 1 3 [ 10 9 ( 3x -7 ) 3 ] 23 3 32 3

= 1 3 ( 10 9 ( 3( 32 3 ) -7 ) 3 - 10 9 ( 3( 23 3 ) -7 ) 3 )

= 1 3 ( 10 9 ( 32 -7 ) 3 - 10 9 ( 23 -7 ) 3 )

= 1 3 ( 10 9 ( 25 ) 3 - 10 9 ( 16 ) 3 )

= 1 3 ( 10 9 5 3 - 10 9 4 3 )

= 1 3 ( 10 9 125 - 10 9 64 )

= 1 3 ( 1250 9 - 640 9 )

= 1 3 · 610 9

= 610 27


≈ 22,593

uneigentliche Integrale

Beispiel:

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


Lösung einblenden
A(u)= 3 u 3 ( -x +2 ) 3 x
= 3 u 3 ( -x +2 ) -3 x

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

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

= 3 2 ( -u +2 ) 2 - 3 2 ( -3 +2 ) 2

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

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

= 3 2 ( -u +2 ) 2 - 3 2

Für u → ∞ gilt: A(u) = 3 2 ( -u +2 ) 2 - 3 2 0 - 3 2 = - 3 2 ≈ -1.5

Für den Flächeninhalt (immer positiv) gilt also I = 1.5