Aufgabenbeispiele von Anwendungen

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Integralanwendungen BF

Beispiel:

Die Bewegungsgeschwindigkeit eines Körpers lässt sich nährungsweise durch die Funktion f mit f(x)= x -2 (in m/s, x in Sekunden) beschreiben. Nach 11 s hat er bereits 5 m zurückgelegt. Wie weit ist er nach 27 Sekunden?

Lösung einblenden
Zuerst berechnen wir die Änderung des Bestands zwischen 11 und 27:
11 27 x -2 x
= 11 27 ( x -2 ) 1 2 x

= [ 2 3 ( x -2 ) 3 2 ] 11 27

= [ 2 3 ( x -2 ) 3 ] 11 27

= 2 3 ( 27 -2 ) 3 - 2 3 ( 11 -2 ) 3

= 2 3 ( 25 ) 3 - 2 3 ( 9 ) 3

= 2 3 5 3 - 2 3 3 3

= 2 3 125 - 2 3 27

= 250 3 -18

= 250 3 - 54 3

= 196 3


≈ 65,333
Der neue Bestand setzt sich aus dem Anfangsbestand bei 11 und der Änderung zwischen 11 und 27 zusammen:
B = 5 + 196 3 = 211 3 ≈ 70.33

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=0 sind 20 Bakterien vorhanden. Wie viele sind es nach 2 Minuten?

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

= [ e x -2 ] 0 2

= e 2 -2 - e 0 -2

= e 0 - e -2

= 1 - e -2


≈ 0,865
Der neue Bestand setzt sich aus dem Anfangsbestand bei 0 und der Änderung zwischen 0 und 2 zusammen:
B = 20 + - e -2 +1 ≈ 20.86

Integralfunktion - Gleichung

Beispiel:

Bestimme u > 1 so, dass 1 u ( -4x +2 ) x = -97,5

Lösung einblenden
1 u ( -4x +2 ) x

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

= -2 u 2 +2u - ( -2 1 2 +21 )

= -2 u 2 +2u - ( -21 +2 )

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

= -2 u 2 +2u -1 · 0

= -2 u 2 +2u +0

= -2 u 2 +2u

Diese Integralfunktion soll ja den Wert -97,5 annehmen, deswegen setzen wir sie gleich :

-2 u 2 +2u = -97,5 | +97,5

-2 u 2 +2u +97,5 = 0

eingesetzt in die Mitternachtsformel (a-b-c-Formel):

u1,2 = -2 ± 2 2 -4 · ( -2 ) · 97,5 2( -2 )

u1,2 = -2 ± 4 +780 -4

u1,2 = -2 ± 784 -4

u1 = -2 + 784 -4 = -2 +28 -4 = 26 -4 = -6,5

u2 = -2 - 784 -4 = -2 -28 -4 = -30 -4 = 7,5

Da u= -6,5 < 1 ist u= 7,5 die einzige Lösung.

Mittelwerte

Beispiel:

Bestimme den Mittelwert der Funktionswerte von f mit f(x)= 2 sin( x + 1 2 π) zwischen 0 und π .

Lösung einblenden

Wir berechnen den Mittelwert mit der üblichen Formel:

m = 1 π+0 0 π 2 sin( x + 1 2 π) x

= 1 π [ -2 cos( x + 1 2 π) ] 0 π

= 1 π · ( -2 cos( π + 1 2 π) +2 cos( 0 + 1 2 π) )

= 1 π · ( -2 cos( 3 2 π) +2 cos( 1 2 π) )

= 1 π · ( -20 +20 )

= 1 π · ( 0+0 )

= 1 π · 0

= 0

uneigentliche Integrale

Beispiel:

Das Schaubild der Funktion f mit f(x)= - 1 ( -3x +4 ) 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 - 1 ( -3x +4 ) 2 x
= 2 u - ( -3x +4 ) -2 x

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

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

= - 1 3( -3u +4 ) + 1 3( -32 +4 )

= - 1 3( -3u +4 ) + 1 3( -6 +4 )

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

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

= - 1 3( -3u +4 ) - 1 6

Für u → ∞ gilt: A(u) = - 1 3( -3u +4 ) - 1 6 0 - 1 6 = - 1 6 ≈ -0.167

Für den Flächeninhalt (immer positiv) gilt also I = 0.167