Aufgabenbeispiele von Anwendungen

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Integralanwendungen BF

Beispiel:

Die Bewegungsgeschwindigkeit eines Körpers lässt sich nährungsweise durch die Funktion f mit f(x)= 1 ( x -2 ) 4 (in m/s, x in Sekunden) beschreiben. Nach 4s hat er bereits 14 m zurückgelegt. Wie weit ist er nach 7 Sekunden?

Lösung einblenden
Zuerst berechnen wir die Änderung des Bestands zwischen 4 und 7:
4 7 1 ( x -2 ) 4 x
= 4 7 ( x -2 ) -4 x

= [ - 1 3 ( x -2 ) -3 ] 4 7

= [ - 1 3 ( x -2 ) 3 ] 4 7

= - 1 3 ( 7 -2 ) 3 + 1 3 ( 4 -2 ) 3

= - 1 3 5 3 + 1 3 2 3

= - 1 3 ( 1 125 ) + 1 3 ( 1 8 )

= - 1 375 + 1 24

= - 8 3000 + 125 3000

= 39 1000


= 0,039
Der neue Bestand setzt sich aus dem Anfangsbestand bei 4 und der Änderung zwischen 4 und 7 zusammen:
B = 14 + 39 1000 = 14039 1000 ≈ 14.04

Integralanwendungen

Beispiel:

Bei einer Bakterienkultur geht man von einer Wachstumsrate von 6 e 2x -1 Bakterien pro Minute zur Zeit x (in Minuten) aus. Zu Zeitpunkt x=2 sind 59 Bakterien vorhanden. Wie viele sind es nach 3 Minuten?

Lösung einblenden
Zuerst berechnen wir die Änderung des Bestands zwischen 2 und 3:
2 3 6 e 2x -1 x

= [ 3 e 2x -1 ] 2 3

= 3 e 23 -1 -3 e 22 -1

= 3 e 6 -1 -3 e 4 -1

= 3 e 5 -3 e 3


≈ 384,983
Der neue Bestand setzt sich aus dem Anfangsbestand bei 2 und der Änderung zwischen 2 und 3 zusammen:
B = 59 + 3 e 5 -3 e 3 ≈ 443.98

Integralfunktion - Gleichung

Beispiel:

Bestimme u > 1 so, dass 1 u 10x x = 26,25

Lösung einblenden
1 u 10x x

= [ 5 x 2 ] 1 u

= 5 u 2 -5 1 2

= 5 u 2 -51

= 5 u 2 -5

Diese Integralfunktion soll ja den Wert 26,25 annehmen, deswegen setzen wir sie gleich :

5 u 2 -5 = 26,25 | +5
5 u 2 = 31,25 |:5
u 2 = 6,25 | 2
u1 = - 6,25 = -2,5
u2 = 6,25 = 2,5

Da u= -2,5 < 1 ist u= 2,5 die einzige Lösung.

Mittelwerte

Beispiel:

Die Temperatur an einem Wintertag kann näherungsweise durch die Funktion f mit f(x)= 5 cos( x + 1 2 π) beschrieben werden. Bestimme die Durchschnittstemperatur zwischen 0 und 1 2 π .

Lösung einblenden

Wir berechnen den Mittelwert mit der üblichen Formel:

m = 1 1 2 π+0 0 1 2 π 5 cos( x + 1 2 π) x

= 2 π [ 5 sin( x + 1 2 π) ] 0 1 2 π

= 2 π · ( 5 sin( 1 2 π + 1 2 π) -5 sin( 0 + 1 2 π) )

= 2 π · ( 5 sin(π) -5 sin( 1 2 π) )

= 2 π · ( 50 -51 )

= 2 π · ( 0 -5 )

= 2 π · ( -5 )

= - 10 π


≈ -3,183

uneigentliche Integrale

Beispiel:

Das Schaubild der Funktion f mit f(x)= 2 e -x +3 schließt mit der x-Achse und der Geraden x=1 eine nach rechts offene Fläche ein.
Untersuche, ob der Flächeninhalt endlich ist und bestimme in diesem Fall diesen Flächeninhalt.


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

= [ -2 e -x +3 ] 1 u

= -2 e -u +3 +2 e -1 +3

= -2 e -u +3 +2 e 2

Für u → ∞ gilt: A(u) = -2 e -u +3 +2 e 2 0 +2 e 2 = 2 e 2 ≈ 14.778

Für den Flächeninhalt (immer positiv) gilt also I = 14.778