Aufgabenbeispiele von Anwendungen

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Integralanwendungen BF

Beispiel:

Die Bewegungsgeschwindigkeit eines Körpers lässt sich nährungsweise durch die Funktion f mit f(x)= 5 x -3 (in m/s, x in Sekunden) beschreiben. Nach 19 s hat er bereits 13 m zurückgelegt. Wie weit ist er nach 28 Sekunden?

Lösung einblenden
Zuerst berechnen wir die Änderung des Bestands zwischen 19 und 28:
19 28 5 x -3 x
= 19 28 5 ( x -3 ) 1 2 x

= [ 10 3 ( x -3 ) 3 2 ] 19 28

= [ 10 3 ( x -3 ) 3 ] 19 28

= 10 3 ( 28 -3 ) 3 - 10 3 ( 19 -3 ) 3

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

= 10 3 5 3 - 10 3 4 3

= 10 3 125 - 10 3 64

= 1250 3 - 640 3

= 610 3


≈ 203,333
Der neue Bestand setzt sich aus dem Anfangsbestand bei 19 und der Änderung zwischen 19 und 28 zusammen:
B = 13 + 610 3 = 649 3 ≈ 216.33

Integralanwendungen

Beispiel:

Bei einer Bakterienkultur geht man von einer Wachstumsrate von 3 e x -1 Bakterien pro Minute zur Zeit x (in Minuten) aus. Zu Zeitpunkt x=0 sind 23 Bakterien vorhanden. Wie viele sind es nach 2 Minuten?

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

= [ 3 e x -1 ] 0 2

= 3 e 2 -1 -3 e 0 -1

= 3 e 1 -3 e -1

= 3e -3 e -1


≈ 7,051
Der neue Bestand setzt sich aus dem Anfangsbestand bei 0 und der Änderung zwischen 0 und 2 zusammen:
B = 23 + -3 e -1 +3e ≈ 30.05

Integralfunktion - Gleichung

Beispiel:

Bestimme u > 0 so, dass 0 u 4 e -0,8x +0,3 x = 3

Lösung einblenden
0 u 4 e -0,8x +0,3 x

= [ -5 e -0,8x +0,3 ] 0 u

= -5 e -0,8u +0,3 +5 e -0,80 +0,3

= -5 e -0,8u +0,3 +5 e 0 +0,3

= -5 e -0,8u +0,3 +5 e 0,3

Diese Integralfunktion soll ja den Wert 3 annehmen, deswegen setzen wir sie gleich :

-5 e -0,8u +0,3 +5 e 0,3 = 3 | -5 e 0,3
-5 e -0,8u +0,3 = -5 e 0,3 +3
-5 e -0,8u +0,3 = -3,7493 |:-5
e -0,8u +0,3 = 0,7499 |ln(⋅)
-0,8u +0,3 = ln( 0,7499 )
-0,8u +0,3 = -0,2878 | -0,3
-0,8u = -0,5878 |:(-0,8 )
u = 0,7348

Mittelwerte

Beispiel:

Bestimme den Mittelwert der Funktionswerte von f mit f(x)= 2 ( x -2 ) 2 zwischen 4 und 7.

Lösung einblenden

Wir berechnen den Mittelwert mit der üblichen Formel:

m = 1 7 -4 4 7 2 ( x -2 ) 2 x
= 1 3 4 7 2 ( x -2 ) -2 x

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

= 1 3 [ - 2 x -2 ] 4 7

= 1 3 ( - 2 7 -2 + 2 4 -2 )

= 1 3 ( - 2 5 + 2 2 )

= 1 3 ( -2( 1 5 ) +2( 1 2 ) )

= 1 3 ( - 2 5 +1 )

= 1 3 ( - 2 5 + 5 5 )

= 1 3 · 3 5

= 1 5


= 0,2

uneigentliche Integrale

Beispiel:

Das Schaubild der Funktion f mit f(x)= 2 ( 2x -4 ) 3 schließt mit der x-Achse und der Geraden x=10 eine nach rechts offene Fläche ein.
Untersuche, ob der Flächeninhalt endlich ist und bestimme in diesem Fall diesen Flächeninhalt.


Lösung einblenden
A(u)= 10 u 2 ( 2x -4 ) 3 x
= 10 u 2 ( 2x -4 ) - 3 2 x

= [ -2 ( 2x -4 ) - 1 2 ] 10 u

= [ - 2 2x -4 ] 10 u

= - 2 2u -4 + 2 210 -4

= - 2 2u -4 + 2 20 -4

= - 2 2u -4 + 2 16

= - 2 2u -4 + 2 4

= - 2 2u -4 +2( 1 4 )

= - 2 2u -4 + 1 2

Für u → ∞ gilt: A(u) = - 2 2u -4 + 1 2 0 + 1 2 = 1 2 ≈ 0.5

Für den Flächeninhalt (immer positiv) gilt also I = 0.5