Integralanwendungen BF
Beispiel:
Aus einem Wasserhahn läuft Wasser mit der Auslaufgeschwindigkeit f(x)= (in Liter pro Minute) in einen Wassertank. Nach 1 Minuten sind 18 Liter im Tank. Wieviel Liter sind nach 2 Minuten darin?
Lösung einblenden
Zuerst berechnen wir die Änderung des Bestands zwischen 1 und 2:
=
=
=
≈ 0,159
Der neue Bestand setzt sich aus dem Anfangsbestand bei 1 und der Änderung zwischen 1 und 2
zusammen:
B = 18 +
≈ 18.16
Integralanwendungen
Beispiel:
Bei einer Bakterienkultur geht man von einer Wachstumsrate von Bakterien pro Minute zur Zeit x (in Minuten) aus. Zu Zeitpunkt x=0 sind 67 Bakterien vorhanden. Wie viele sind es nach 3 Minuten?
Lösung einblenden
Zuerst berechnen wir die Änderung des Bestands zwischen 0 und 3:
=
=
=
≈ 0,95
Der neue Bestand setzt sich aus dem Anfangsbestand bei 0 und der Änderung zwischen 0 und 3
zusammen:
B = 67 +
≈ 67.95
Integralfunktion - Gleichung
Beispiel:
Bestimme u > 1 so, dass =
Lösung einblenden
=
=
=
|
|
= |
|
|
|
|
|
= |
|
|:
|
|
|
= |
|
|
|
| u1 |
= |
-
72,25
|
=
-8,5
|
| u2 |
= |
72,25
|
=
8,5
|
Da u=
-8,5
< 1 ist u=
8,5
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)= 2 ( 3x -7 ) 2 +6 (in mg) beschrieben werden. Berechne die mittlere Wirkstoffmenge in mg zwischen Minute 1 und Minute 3.
Lösung einblenden
Wir berechnen den Mittelwert mit der üblichen Formel:
m =
1
3
-1
∫
1
3
(
2
(
3x
-7
)
2
+6
)
ⅆ
x
=
1
2
[
2
9
(
3x
-7
)
3
+6x
]
1
3
=
1
2
(
2
9
⋅
(
3⋅3
-7
)
3
+6⋅3
- (
2
9
⋅
(
3⋅1
-7
)
3
+6⋅1
))
=
1
2
(
2
9
⋅
(
9
-7
)
3
+18
- (
2
9
⋅
(
3
-7
)
3
+6
))
=
1
2
(
2
9
⋅
2
3
+18
- (
2
9
⋅
( -4 )
3
+6
))
=
1
2
(
2
9
⋅8
+18
- (
2
9
⋅( -64 )
+6
))
=
1
2
(
16
9
+18
- (
-
128
9
+6
))
=
1
2
(
16
9
+
162
9
- (
-
128
9
+
54
9
))
=
1
2
(
178
9
-1
·
(
-
74
9
))
=
1
2
(
178
9
+
74
9
)
=
1
2
·
28
uneigentliche Integrale
Beispiel:
Das Schaubild der Funktion f mit f(x)= 1 ( 3x -7 ) 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
1
(
3x
-7
)
2
ⅆ
x
=
∫
4
u
(
3x
-7
)
-2
ⅆ
x
=
[
-
1
3
(
3x
-7
)
-1
]
4
u
=
[
-
1
3(
3x
-7
)
]
4
u
=
-
1
3(
3u
-7
)
+
1
3(
3⋅4
-7
)
=
-
1
3(
3u
-7
)
+
1
3(
12
-7
)
=
-
1
3(
3u
-7
)
+
1
3⋅
5
=
-
1
3(
3u
-7
)
+
1
3
⋅(
1
5
)
=
-
1
3(
3u
-7
)
+
1
15
Für u → ∞ gilt: A(u) =
-
1
3(
3u
-7
)
+
1
15
→
0
+
1
15
=
1
15
≈ 0.067
Für den Flächeninhalt (immer positiv) gilt also I = 0.067