Aufgabenbeispiele von Anwendungen

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Integralanwendungen BF

Beispiel:

Bei einer Bakterienkultur geht man von einer Wachstumsrate von 4 e 2x -2 Bakterien pro Minute zur Zeit x (in Minuten) aus. Zu Zeitpunkt x=2 sind 68 Bakterien vorhanden. Wie viele sind es nach 5 Minuten?

Lösung einblenden
Zuerst berechnen wir die Änderung des Bestands zwischen 2 und 5:
2 5 4 e 2x -2 x

= [ 2 e 2x -2 ] 2 5

= 2 e 25 -2 -2 e 22 -2

= 2 e 10 -2 -2 e 4 -2

= 2 e 8 -2 e 2


≈ 5947,138
Der neue Bestand setzt sich aus dem Anfangsbestand bei 2 und der Änderung zwischen 2 und 5 zusammen:
B = 68 + 2 e 8 -2 e 2 ≈ 6015.14

Integralanwendungen

Beispiel:

Bei einer Bakterienkultur geht man von einer Wachstumsrate von 6 e x -2 Bakterien pro Minute zur Zeit x (in Minuten) aus. Zu Zeitpunkt x=2 sind 58 Bakterien vorhanden. Wie viele sind es nach 5 Minuten?

Lösung einblenden
Zuerst berechnen wir die Änderung des Bestands zwischen 2 und 5:
2 5 6 e x -2 x

= [ 6 e x -2 ] 2 5

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

= 6 e 3 -6 e 0

= 6 e 3 -6


≈ 114,513
Der neue Bestand setzt sich aus dem Anfangsbestand bei 2 und der Änderung zwischen 2 und 5 zusammen:
B = 58 + 6 e 3 -6 ≈ 172.51

Integralfunktion - Gleichung

Beispiel:

Bestimme u > 0 so, dass 0 u 2,4 e -0,8x +0,4 x = 1

Lösung einblenden
0 u 2,4 e -0,8x +0,4 x

= [ -3 e -0,8x +0,4 ] 0 u

= -3 e -0,8u +0,4 +3 e -0,80 +0,4

= -3 e -0,8u +0,4 +3 e 0 +0,4

= -3 e -0,8u +0,4 +3 e 0,4

Diese Integralfunktion soll ja den Wert 1 annehmen, deswegen setzen wir sie gleich :

-3 e -0,8u +0,4 +3 e 0,4 = 1 | -3 e 0,4
-3 e -0,8u +0,4 = -3 e 0,4 +1
-3 e -0,8u +0,4 = -3,4755 |:-3
e -0,8u +0,4 = 1,1585 |ln(⋅)
-0,8u +0,4 = ln( 1,1585 )
-0,8u +0,4 = 0,1471 | -0,4
-0,8u = -0,2529 |:(-0,8 )
u = 0,3161

Mittelwerte

Beispiel:

Die Menge an Wasser in einem Wassertank zur Zeit x (in min) kann näherungsweise durch die Funktion f mit f(x)= 5 e 3x -7 beschrieben werden. Wieviel Wasser sind während der ersten 2 Minuten durchschnittlich im Tank?

Lösung einblenden

Wir berechnen den Mittelwert mit der üblichen Formel:

m = 1 2 +0 0 2 5 e 3x -7 x

= 1 2 [ 5 3 e 3x -7 ] 0 2

= 1 2 ( 5 3 e 32 -7 - 5 3 e 30 -7 )

= 1 2 ( 5 3 e 6 -7 - 5 3 e 0 -7 )

= 1 2 ( 5 3 e -1 - 5 3 e -7 )


≈ 0,306

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