Aufgabenbeispiele von Anwendungen

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Integralanwendungen BF

Beispiel:

Bei einer Bakterienkultur geht man von einer Wachstumsrate von 2 e x -3 Bakterien pro Minute zur Zeit x (in Minuten) aus. Zu Zeitpunkt x=2 sind 80 Bakterien vorhanden. Wie viele sind es nach 3 Minuten?

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

= [ 2 e x -3 ] 2 3

= 2 e 3 -3 -2 e 2 -3

= 2 e 0 -2 e -1

= 2 -2 e -1


≈ 1,264
Der neue Bestand setzt sich aus dem Anfangsbestand bei 2 und der Änderung zwischen 2 und 3 zusammen:
B = 80 + -2 e -1 +2 ≈ 81.26

Integralanwendungen

Beispiel:

Die Bewegungsgeschwindigkeit eines Körpers lässt sich nährungsweise durch die Funktion f mit f(x)= 1 ( 2x -2 ) 2 (in m/s, x in Sekunden) beschreiben. Nach 2s hat er bereits 7 m zurückgelegt. Wie weit ist er nach 3 Sekunden?

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

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

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

= - 1 2( 23 -2 ) + 1 2( 22 -2 )

= - 1 2( 6 -2 ) + 1 2( 4 -2 )

= - 1 2 4 + 1 2 2

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

= - 1 8 + 1 4

= - 1 8 + 2 8

= 1 8


= 0,125
Der neue Bestand setzt sich aus dem Anfangsbestand bei 2 und der Änderung zwischen 2 und 3 zusammen:
B = 7 + 1 8 = 57 8 ≈ 7.13

Integralfunktion - Gleichung

Beispiel:

Bestimme u > 3 so, dass 3 u ( 8x +4 ) x = 392

Lösung einblenden
3 u ( 8x +4 ) x

= [ 4 x 2 +4x ] 3 u

= 4 u 2 +4u - ( 4 3 2 +43 )

= 4 u 2 +4u - ( 49 +12 )

= 4 u 2 +4u - ( 36 +12 )

= 4 u 2 +4u -1 · 48

= 4 u 2 +4u -48

Diese Integralfunktion soll ja den Wert 392 annehmen, deswegen setzen wir sie gleich :

4 u 2 +4u -48 = 392 | -392
4 u 2 +4u -440 = 0 |:4

u 2 + u -110 = 0

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

u1,2 = -1 ± 1 2 -4 · 1 · ( -110 ) 21

u1,2 = -1 ± 1 +440 2

u1,2 = -1 ± 441 2

u1 = -1 + 441 2 = -1 +21 2 = 20 2 = 10

u2 = -1 - 441 2 = -1 -21 2 = -22 2 = -11

Da u= -11 < 3 ist u= 10 die einzige Lösung.

Mittelwerte

Beispiel:

Bestimme den Mittelwert der Funktionswerte von f mit f(x)= 2 3x -5 zwischen 14 3 und 7 .

Lösung einblenden

Wir berechnen den Mittelwert mit der üblichen Formel:

m = 1 7 - 14 3 14 3 7 2 3x -5 x
= 3 7 14 3 7 2 ( 3x -5 ) 1 2 x

= 3 7 [ 4 9 ( 3x -5 ) 3 2 ] 14 3 7

= 3 7 [ 4 9 ( 3x -5 ) 3 ] 14 3 7

= 3 7 ( 4 9 ( 37 -5 ) 3 - 4 9 ( 3( 14 3 ) -5 ) 3 )

= 3 7 ( 4 9 ( 21 -5 ) 3 - 4 9 ( 14 -5 ) 3 )

= 3 7 ( 4 9 ( 16 ) 3 - 4 9 ( 9 ) 3 )

= 3 7 ( 4 9 4 3 - 4 9 3 3 )

= 3 7 ( 4 9 64 - 4 9 27 )

= 3 7 ( 256 9 -12 )

= 3 7 ( 256 9 - 108 9 )

= 3 7 · 148 9

= 148 21


≈ 7,048

uneigentliche Integrale

Beispiel:

Das Schaubild der Funktion f mit f(x)= 3 e -3x +7 schließt mit der x-Achse und der y-Achse eine nach rechts offene Fläche ein.
Untersuche, ob der Flächeninhalt endlich ist und bestimme in diesem Fall diesen Flächeninhalt.


Lösung einblenden
A(u)= 0 u 3 e -3x +7 x

= [ - e -3x +7 ] 0 u

= - e -3u +7 + e -30 +7

= - e -3u +7 + e 0 +7

= - e -3u +7 + e 7

Für u → ∞ gilt: A(u) = - e -3u +7 + e 7 0 + e 7 = e 7 ≈ 1096.633

Für den Flächeninhalt (immer positiv) gilt also I = 1096.633