Aufgabenbeispiele von Anwendungen

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Integralanwendungen BF

Beispiel:

Bei einer Bakterienkultur geht man von einer Wachstumsrate von 6 e x -2 Bakterien pro Minute zur Zeit x (in Minuten) aus. Zu Zeitpunkt x=0 sind 24 Bakterien vorhanden. Wie viele sind es nach 2 Minuten?

Lösung einblenden
Zuerst berechnen wir die Änderung des Bestands zwischen 0 und 2:
0 2 6 e x -2 x

= [ 6 e x -2 ] 0 2

= 6 e 2 -2 -6 e 0 -2

= 6 e 0 -6 e -2

= 6 -6 e -2


≈ 5,188
Der neue Bestand setzt sich aus dem Anfangsbestand bei 0 und der Änderung zwischen 0 und 2 zusammen:
B = 24 + -6 e -2 +6 ≈ 29.19

Integralanwendungen

Beispiel:

Bei einer Bakterienkultur geht man von einer Wachstumsrate von 4 e 3x -7 Bakterien pro Minute zur Zeit x (in Minuten) aus. Zu Zeitpunkt x=1 sind 43 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 3x -7 x

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

= 4 3 e 32 -7 - 4 3 e 31 -7

= 4 3 e 6 -7 - 4 3 e 3 -7

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


≈ 0,466
Der neue Bestand setzt sich aus dem Anfangsbestand bei 1 und der Änderung zwischen 1 und 2 zusammen:
B = 43 + 4 3 e -1 - 4 3 e -4 ≈ 43.47

Integralfunktion - Gleichung

Beispiel:

Bestimme u > 0 so, dass 0 u 0,8 e 0,8x -0,4 x = 15

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

= [ e 0,8x -0,4 ] 0 u

= e 0,8u -0,4 - e 0,80 -0,4

= e 0,8u -0,4 - e 0 -0,4

= e 0,8u -0,4 - e -0,4

Diese Integralfunktion soll ja den Wert 15 annehmen, deswegen setzen wir sie gleich :

e 0,8u -0,4 - e -0,4 = 15 | + e -0,4
e 0,8u -0,4 = e -0,4 +15
e 0,8u -0,4 = 15,6703 |ln(⋅)
0,8u -0,4 = ln( 15,6703 )
0,8u -0,4 = 2,7518 | +0,4
0,8u = 3,1518 |:0,8
u = 3,9398

Mittelwerte

Beispiel:

Die Menge an Wasser in einem Wassertank zur Zeit x (in min) kann näherungsweise durch die Funktion f mit f(x)= 4 ( 2x -2 ) 2 beschrieben werden. Wieviel Wasser sind während der ersten 5 Minuten durchschnittlich im Tank?

Lösung einblenden

Wir berechnen den Mittelwert mit der üblichen Formel:

m = 1 5 +0 0 5 4 ( 2x -2 ) 2 x

= 1 5 [ 2 3 ( 2x -2 ) 3 ] 0 5

= 1 5 ( 2 3 ( 25 -2 ) 3 - 2 3 ( 20 -2 ) 3 )

= 1 5 ( 2 3 ( 10 -2 ) 3 - 2 3 ( 0 -2 ) 3 )

= 1 5 ( 2 3 8 3 - 2 3 ( -2 ) 3 )

= 1 5 ( 2 3 512 - 2 3 ( -8 ) )

= 1 5 ( 1024 3 + 16 3 )

= 1 5 · 1040 3

= 208 3


≈ 69,333

uneigentliche Integrale

Beispiel:

Das Schaubild der Funktion f mit f(x)= 2 ( -2x +5 ) 2 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 2 ( -2x +5 ) 2 x
= 3 u 2 ( -2x +5 ) -2 x

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

= [ 1 -2x +5 ] 3 u

= 1 -2u +5 - 1 -23 +5

= 1 -2u +5 - 1 -6 +5

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

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

= 1 -2u +5 +1

Für u → ∞ gilt: A(u) = 1 -2u +5 +1 0 +1 = 1 ≈ 1

Für den Flächeninhalt (immer positiv) gilt also I = 1