Aufgabenbeispiele von Anwendungen

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Integralanwendungen BF

Beispiel:

Bei einer Bakterienkultur geht man von einer Wachstumsrate von 3 e x -3 Bakterien pro Minute zur Zeit x (in Minuten) aus. Zu Zeitpunkt x=2 sind 25 Bakterien vorhanden. Wie viele sind es nach 5 Minuten?

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

= [ 3 e x -3 ] 2 5

= 3 e 5 -3 -3 e 2 -3

= 3 e 2 -3 e -1


≈ 21,064
Der neue Bestand setzt sich aus dem Anfangsbestand bei 2 und der Änderung zwischen 2 und 5 zusammen:
B = 25 + 3 e 2 -3 e -1 ≈ 46.06

Integralanwendungen

Beispiel:

Die Bewegungsgeschwindigkeit eines Körpers lässt sich nährungsweise durch die Funktion f mit f(x)= 1 2x -5 (in m/s, x in Sekunden) beschreiben. Nach 3s hat er bereits 4 m zurückgelegt. Wie weit ist er nach 5 Sekunden?

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

= [ 1 2 ln( | 2x -5 | ) ] 3 5

= 1 2 ln( | 25 -5 | ) - 1 2 ln( | 23 -5 | )

= 1 2 ln( | 10 -5 | ) - 1 2 ln( | 6 -5 | )

= 1 2 ln( 5 ) - 1 2 ln( | 6 -5 | )

= 1 2 ln( 5 ) - 1 2 ln( 1 )

= 1 2 ln( 5 ) +0

= 1 2 ln( 5 )


≈ 0,805
Der neue Bestand setzt sich aus dem Anfangsbestand bei 3 und der Änderung zwischen 3 und 5 zusammen:
B = 4 + 1 2 ln( 5 ) ≈ 4.8

Integralfunktion - Gleichung

Beispiel:

Bestimme u > 1 so, dass 1 u 6x x = 9

Lösung einblenden
1 u 6x x

= [ 3 x 2 ] 1 u

= 3 u 2 -3 1 2

= 3 u 2 -31

= 3 u 2 -3

Diese Integralfunktion soll ja den Wert 9 annehmen, deswegen setzen wir sie gleich :

3 u 2 -3 = 9 | +3
3 u 2 = 12 |:3
u 2 = 4 | 2
u1 = - 4 = -2
u2 = 4 = 2

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

Mittelwerte

Beispiel:

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

Lösung einblenden

Wir berechnen den Mittelwert mit der üblichen Formel:

m = 1 π+0 0 π 5 sin( x + π) x

= 1 π [ -5 cos( x + π) ] 0 π

= 1 π · ( -5 cos( π + π) +5 cos( 0 + π) )

= 1 π · ( -5 cos(2π) +5 cos(π) )

= 1 π · ( -51 +5( -1 ) )

= 1 π · ( -5 -5 )

= 1 π · ( -10 )

= - 10 π


≈ -3,183

uneigentliche Integrale

Beispiel:

Das Schaubild der Funktion f mit f(x)= 2 ( -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 2 ( -x +1 ) 2 x
= 2 u 2 ( -x +1 ) -2 x

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

= [ 2 -x +1 ] 2 u

= 2 -u +1 - 2 -2 +1

= 2 -u +1 - 2 ( -1 )

= 2 -u +1 -2( -1 )

= 2 -u +1 +2

Für u → ∞ gilt: A(u) = 2 -u +1 +2 0 +2 = 2 ≈ 2

Für den Flächeninhalt (immer positiv) gilt also I = 2