Aufgabenbeispiele von Anwendungen

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Integralanwendungen BF

Beispiel:

Bei einer Bakterienkultur geht man von einer Wachstumsrate von 5 e x -1 Bakterien pro Minute zur Zeit x (in Minuten) aus. Zu Zeitpunkt x=0 sind 46 Bakterien vorhanden. Wie viele sind es nach 1 Minuten?

Lösung einblenden
Zuerst berechnen wir die Änderung des Bestands zwischen 0 und 1:
0 1 5 e x -1 x

= [ 5 e x -1 ] 0 1

= 5 e 1 -1 -5 e 0 -1

= 5 e 0 -5 e -1

= 5 -5 e -1


≈ 3,161
Der neue Bestand setzt sich aus dem Anfangsbestand bei 0 und der Änderung zwischen 0 und 1 zusammen:
B = 46 + -5 e -1 +5 ≈ 49.16

Integralanwendungen

Beispiel:

Aus einem Wasserhahn läuft Wasser mit der Auslaufgeschwindigkeit f(x)= 6 3x -6 (in Liter pro Minute) in einen Wassertank. Nach 4 Minuten sind 19 Liter im Tank. Wieviel Liter sind nach 6 Minuten darin?

Lösung einblenden
Zuerst berechnen wir die Änderung des Bestands zwischen 4 und 6:
4 6 6 3x -6 x
= 4 6 6 ( 3x -6 ) -1 x

= [ 2 ln( | 3x -6 | ) ] 4 6

= 2 ln( | 36 -6 | ) -2 ln( | 34 -6 | )

= 2 ln( | 18 -6 | ) -2 ln( | 12 -6 | )

= 2 ln( 12 ) -2 ln( | 12 -6 | )

= 2 ln( 12 ) -2 ln( 6 )


≈ 1,386
Der neue Bestand setzt sich aus dem Anfangsbestand bei 4 und der Änderung zwischen 4 und 6 zusammen:
B = 19 + 2 ln( | 12 | ) -2 ln( | 6 | ) ≈ 20.39

Integralfunktion - Gleichung

Beispiel:

Bestimme u > 2 so, dass 2 u 2x x = 52,25

Lösung einblenden
2 u 2x x

= [ x 2 ] 2 u

= u 2 - 2 2

= u 2 - 4

Diese Integralfunktion soll ja den Wert 52,25 annehmen, deswegen setzen wir sie gleich :

u 2 -4 = 52,25 | +4
u 2 = 56,25 | 2
u1 = - 56,25 = -7,5
u2 = 56,25 = 7,5

Da u= -7,5 < 2 ist u= 7,5 die einzige Lösung.

Mittelwerte

Beispiel:

Die Menge eines Wirkstoffs im Blut eines Patienten kann zur Zeit x (in min) näherungsweise durch die Funktion f mit f(x)= 4 x -3 (in mg) beschrieben werden. Berechne die mittlere Wirkstoffmenge in mg zwischen Minute 19 und Minute 28 .

Lösung einblenden

Wir berechnen den Mittelwert mit der üblichen Formel:

m = 1 28 -19 19 28 4 x -3 x
= 1 9 19 28 4 ( x -3 ) 1 2 x

= 1 9 [ 8 3 ( x -3 ) 3 2 ] 19 28

= 1 9 [ 8 3 ( x -3 ) 3 ] 19 28

= 1 9 ( 8 3 ( 28 -3 ) 3 - 8 3 ( 19 -3 ) 3 )

= 1 9 ( 8 3 ( 25 ) 3 - 8 3 ( 16 ) 3 )

= 1 9 ( 8 3 5 3 - 8 3 4 3 )

= 1 9 ( 8 3 125 - 8 3 64 )

= 1 9 ( 1000 3 - 512 3 )

= 1 9 · 488 3

= 488 27


≈ 18,074

uneigentliche Integrale

Beispiel:

Das Schaubild der Funktion f mit f(x)= - 1 x -3 schließt mit der x-Achse, der Geraden x= 12 und der Geraden x=3 eine nach oben bzw. unten offene Fläche ein.
Untersuche, ob der Flächeninhalt endlich ist und bestimme in diesem Fall diesen Flächeninhalt.


Lösung einblenden
A(u)= u 12 - 1 x -3 x
= u 12 - ( x -3 ) - 1 2 x

= [ -2 ( x -3 ) 1 2 ] u 12

= [ -2 x -3 ] u 12

= -2 12 -3 +2 u -3

= -2 9 +2 u -3

= -23 +2 u -3

= -6 +2 u -3

Für u → 3 (u>3, also von rechts) gilt: A(u) = 2 u -3 -6 0 -6 = -6 ≈ -6

Für den Flächeninhalt (immer positiv) gilt also I = 6