Aufgabenbeispiele von Anwendungen

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Integralanwendungen BF

Beispiel:

Bei einer Bakterienkultur geht man von einer Wachstumsrate von 5 e x -3 Bakterien pro Minute zur Zeit x (in Minuten) aus. Zu Zeitpunkt x=1 sind 51 Bakterien vorhanden. Wie viele sind es nach 4 Minuten?

Lösung einblenden
Zuerst berechnen wir die Änderung des Bestands zwischen 1 und 4:
1 4 5 e x -3 x

= [ 5 e x -3 ] 1 4

= 5 e 4 -3 -5 e 1 -3

= 5 e 1 -5 e -2

= 5e -5 e -2


≈ 12,915
Der neue Bestand setzt sich aus dem Anfangsbestand bei 1 und der Änderung zwischen 1 und 4 zusammen:
B = 51 + -5 e -2 +5e ≈ 63.91

Integralanwendungen

Beispiel:

Bei einer Bakterienkultur geht man von einer Wachstumsrate von 6 e 2x -5 Bakterien pro Minute zur Zeit x (in Minuten) aus. Zu Zeitpunkt x=2 sind 62 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 -5 x

= [ 3 e 2x -5 ] 2 3

= 3 e 23 -5 -3 e 22 -5

= 3 e 6 -5 -3 e 4 -5

= 3 e 1 -3 e -1

= 3e -3 e -1


≈ 7,051
Der neue Bestand setzt sich aus dem Anfangsbestand bei 2 und der Änderung zwischen 2 und 3 zusammen:
B = 62 + -3 e -1 +3e ≈ 69.05

Integralfunktion - Gleichung

Beispiel:

Bestimme u > 0 so, dass 0 u -2x x = -42,25

Lösung einblenden
0 u -2x x

= [ - x 2 ] 0 u

= - u 2 + 0 2

= - u 2 + 0

= - u 2

Diese Integralfunktion soll ja den Wert -42,25 annehmen, deswegen setzen wir sie gleich :

- u 2 = -42,25 |: ( -1 )
u 2 = 42,25 | 2
u1 = - 42,25 = -6,5
u2 = 42,25 = 6,5

Da u= -6,5 < 0 ist u= 6,5 die einzige Lösung.

Mittelwerte

Beispiel:

Bestimme den Mittelwert der Funktionswerte von f mit f(x)= 5 ( 2x -5 ) 2 +2x zwischen 2 und 4.

Lösung einblenden

Wir berechnen den Mittelwert mit der üblichen Formel:

m = 1 4 -2 2 4 ( 5 ( 2x -5 ) 2 +2x ) x

= 1 2 [ 5 6 ( 2x -5 ) 3 + x 2 ] 2 4

= 1 2 ( 5 6 ( 24 -5 ) 3 + 4 2 - ( 5 6 ( 22 -5 ) 3 + 2 2 ))

= 1 2 ( 5 6 ( 8 -5 ) 3 + 16 - ( 5 6 ( 4 -5 ) 3 + 4 ))

= 1 2 ( 5 6 3 3 +16 - ( 5 6 ( -1 ) 3 +4 ))

= 1 2 ( 5 6 27 +16 - ( 5 6 ( -1 ) +4 ))

= 1 2 ( 45 2 +16 - ( - 5 6 +4 ))

= 1 2 ( 22,5 +16 - ( - 5 6 + 24 6 ))

= 1 2 ( 38,5 -1 · 19 6 )

= 1 2 ( 38,5 - 19 6 )

= 1 2 · 106 3


≈ 17,667

uneigentliche Integrale

Beispiel:

Das Schaubild der Funktion f mit f(x)= 3 x -2 schließt mit der x-Achse und der Geraden x=11 eine nach rechts offene Fläche ein.
Untersuche, ob der Flächeninhalt endlich ist und bestimme in diesem Fall diesen Flächeninhalt.


Lösung einblenden
A(u)= 11 u 3 x -2 x
= 11 u 3 ( x -2 ) - 1 2 x

= [ 6 ( x -2 ) 1 2 ] 11 u

= [ 6 x -2 ] 11 u

= 6 u -2 -6 11 -2

= 6 u -2 -6 9

= 6 u -2 -63

= 6 u -2 -18

Für u → ∞ gilt: A(u) = 6 u -2 -18