Aufgabenbeispiele von Anwendungen

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Integralanwendungen BF

Beispiel:

Bei einer Bakterienkultur geht man von einer Wachstumsrate von 4 e x -1 Bakterien pro Minute zur Zeit x (in Minuten) aus. Zu Zeitpunkt x=2 sind 50 Bakterien vorhanden. Wie viele sind es nach 3 Minuten?

Lösung einblenden
Zuerst berechnen wir die Änderung des Bestands zwischen 2 und 3:
2 3 4 e x -1 x

= [ 4 e x -1 ] 2 3

= 4 e 3 -1 -4 e 2 -1

= 4 e 2 -4 e 1

= 4 e 2 -4e


≈ 18,683
Der neue Bestand setzt sich aus dem Anfangsbestand bei 2 und der Änderung zwischen 2 und 3 zusammen:
B = 50 + 4 e 2 -4e ≈ 68.68

Integralanwendungen

Beispiel:

Bei einer Bakterienkultur geht man von einer Wachstumsrate von 3 e 3x -5 Bakterien pro Minute zur Zeit x (in Minuten) aus. Zu Zeitpunkt x=0 sind 55 Bakterien vorhanden. Wie viele sind es nach 1 Minuten?

Lösung einblenden
Zuerst berechnen wir die Änderung des Bestands zwischen 0 und 1:
0 1 3 e 3x -5 x

= [ e 3x -5 ] 0 1

= e 31 -5 - e 30 -5

= e 3 -5 - e 0 -5

= e -2 - e -5


≈ 0,129
Der neue Bestand setzt sich aus dem Anfangsbestand bei 0 und der Änderung zwischen 0 und 1 zusammen:
B = 55 + e -2 - e -5 ≈ 55.13

Integralfunktion - Gleichung

Beispiel:

Bestimme u > 0 so, dass 0 u 2,4 e -0,3x +0,1 x = 6

Lösung einblenden
0 u 2,4 e -0,3x +0,1 x

= [ -8 e -0,3x +0,1 ] 0 u

= -8 e -0,3u +0,1 +8 e -0,30 +0,1

= -8 e -0,3u +0,1 +8 e 0 +0,1

= -8 e -0,3u +0,1 +8 e 0,1

Diese Integralfunktion soll ja den Wert 6 annehmen, deswegen setzen wir sie gleich :

-8 e -0,3u +0,1 +8 e 0,1 = 6 | -8 e 0,1
-8 e -0,3u +0,1 = -8 e 0,1 +6
-8 e -0,3u +0,1 = -2,8414 |:-8
e -0,3u +0,1 = 0,3552 |ln(⋅)
-0,3u +0,1 = ln( 0,3552 )
-0,3u +0,1 = -1,0351 | -0,1
-0,3u = -1,1351 |:(-0,3 )
u = 3,7837

Mittelwerte

Beispiel:

Die Menge eines Wirkstoffs im Blut eines Patienten kann zur Zeit x (in min) näherungsweise durch die Funktion f mit f(x)= 6 3x -6 (in mg) beschrieben werden. Berechne die mittlere Wirkstoffmenge in mg zwischen Minute 3 und Minute 4.

Lösung einblenden

Wir berechnen den Mittelwert mit der üblichen Formel:

m = 1 4 -3 3 4 6 3x -6 x
= 1 3 4 6 ( 3x -6 ) -1 x

= 1 [ 2 ln( | 3x -6 | ) ] 3 4

= 2 ln( | 34 -6 | ) -2 ln( | 33 -6 | )

= 2 ln( | 12 -6 | ) -2 ln( | 9 -6 | )

= 2 ln( 6 ) -2 ln( | 9 -6 | )

= 2 ln( 6 ) -2 ln( 3 )


≈ 1,386

uneigentliche Integrale

Beispiel:

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


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

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

= [ 3 -x +2 ] 4 u

= 3 -u +2 - 3 -4 +2

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

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

= 3 -u +2 + 3 2

Für u → ∞ gilt: A(u) = 3 -u +2 + 3 2 0 + 3 2 = 3 2 ≈ 1.5

Für den Flächeninhalt (immer positiv) gilt also I = 1.5