Aufgabenbeispiele von Anwendungen

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Integralanwendungen BF

Beispiel:

Bei einer Bakterienkultur geht man von einer Wachstumsrate von 5 e 2x -2 Bakterien pro Minute zur Zeit x (in Minuten) aus. Zu Zeitpunkt x=1 sind 34 Bakterien vorhanden. Wie viele sind es nach 3 Minuten?

Lösung einblenden
Zuerst berechnen wir die Änderung des Bestands zwischen 1 und 3:
1 3 5 e 2x -2 x

= [ 5 2 e 2x -2 ] 1 3

= 5 2 e 23 -2 - 5 2 e 21 -2

= 5 2 e 6 -2 - 5 2 e 2 -2

= 5 2 e 4 - 5 2 e 0

= 5 2 e 4 - 5 2


≈ 133,995
Der neue Bestand setzt sich aus dem Anfangsbestand bei 1 und der Änderung zwischen 1 und 3 zusammen:
B = 34 + 5 2 e 4 - 5 2 ≈ 168

Integralanwendungen

Beispiel:

Die Bewegungsgeschwindigkeit eines Körpers lässt sich nährungsweise durch die Funktion f mit f(x)= 2x -3 (in m/s, x in Sekunden) beschreiben. Nach 19 2 s hat er bereits 5 m zurückgelegt. Wie weit ist er nach 14 Sekunden?

Lösung einblenden
Zuerst berechnen wir die Änderung des Bestands zwischen 19 2 und 14:
19 2 14 2x -3 x
= 19 2 14 ( 2x -3 ) 1 2 x

= [ 1 3 ( 2x -3 ) 3 2 ] 19 2 14

= [ 1 3 ( 2x -3 ) 3 ] 19 2 14

= 1 3 ( 214 -3 ) 3 - 1 3 ( 2( 19 2 ) -3 ) 3

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

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

= 1 3 5 3 - 1 3 4 3

= 1 3 125 - 1 3 64

= 125 3 - 64 3

= 61 3


≈ 20,333
Der neue Bestand setzt sich aus dem Anfangsbestand bei 19 2 und der Änderung zwischen 19 2 und 14 zusammen:
B = 5 + 61 3 = 76 3 ≈ 25.33

Integralfunktion - Gleichung

Beispiel:

Bestimme u > 0 so, dass 0 u 1,8 e -0,3x +0,9 x = 5

Lösung einblenden
0 u 1,8 e -0,3x +0,9 x

= [ -6 e -0,3x +0,9 ] 0 u

= -6 e -0,3u +0,9 +6 e -0,30 +0,9

= -6 e -0,3u +0,9 +6 e 0 +0,9

= -6 e -0,3u +0,9 +6 e 0,9

Diese Integralfunktion soll ja den Wert 5 annehmen, deswegen setzen wir sie gleich :

-6 e -0,3u +0,9 +6 e 0,9 = 5 | -6 e 0,9
-6 e -0,3u +0,9 = -6 e 0,9 +5
-6 e -0,3u +0,9 = -9,7576 |:-6
e -0,3u +0,9 = 1,6263 |ln(⋅)
-0,3u +0,9 = ln( 1,6263 )
-0,3u +0,9 = 0,4863 | -0,9
-0,3u = -0,4137 |:(-0,3 )
u = 1,379

Mittelwerte

Beispiel:

Bestimme den Mittelwert der Funktionswerte von f mit f(x)= 3 ( 2x -4 ) 2 +2x zwischen 2 und 3.

Lösung einblenden

Wir berechnen den Mittelwert mit der üblichen Formel:

m = 1 3 -2 2 3 ( 3 ( 2x -4 ) 2 +2x ) x

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

= 1 2 ( 23 -4 ) 3 + 3 2 - ( 1 2 ( 22 -4 ) 3 + 2 2 )

= 1 2 ( 6 -4 ) 3 + 9 - ( 1 2 ( 4 -4 ) 3 + 4 )

= 1 2 2 3 +9 - ( 1 2 0 3 +4 )

= 1 2 8 +9 - ( 1 2 0 +4 )

= 4 +9 - (0 +4 )

= 13 -4

= 9

uneigentliche Integrale

Beispiel:

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


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

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

= [ 1 x -1 ] 2 u

= 1 u -1 - 1 2 -1

= 1 u -1 - 1 1

= 1 u -1 - 1

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

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