Aufgabenbeispiele von Anwendungen

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Integralanwendungen BF

Beispiel:

Bei einer Bakterienkultur geht man von einer Wachstumsrate von 4 e 2x -5 Bakterien pro Minute zur Zeit x (in Minuten) aus. Zu Zeitpunkt x=2 sind 73 Bakterien vorhanden. Wie viele sind es nach 4 Minuten?

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

= [ 2 e 2x -5 ] 2 4

= 2 e 24 -5 -2 e 22 -5

= 2 e 8 -5 -2 e 4 -5

= 2 e 3 -2 e -1


≈ 39,435
Der neue Bestand setzt sich aus dem Anfangsbestand bei 2 und der Änderung zwischen 2 und 4 zusammen:
B = 73 + 2 e 3 -2 e -1 ≈ 112.44

Integralanwendungen

Beispiel:

Bei einer Bakterienkultur geht man von einer Wachstumsrate von 2 e x -1 Bakterien pro Minute zur Zeit x (in Minuten) aus. Zu Zeitpunkt x=0 sind 73 Bakterien vorhanden. Wie viele sind es nach 1 Minuten?

Lösung einblenden
Zuerst berechnen wir die Änderung des Bestands zwischen 0 und 1:
0 1 2 e x -1 x

= [ 2 e x -1 ] 0 1

= 2 e 1 -1 -2 e 0 -1

= 2 e 0 -2 e -1

= 2 -2 e -1


≈ 1,264
Der neue Bestand setzt sich aus dem Anfangsbestand bei 0 und der Änderung zwischen 0 und 1 zusammen:
B = 73 + -2 e -1 +2 ≈ 74.26

Integralfunktion - Gleichung

Beispiel:

Bestimme u > 0 so, dass 0 u 2x x = 12,25

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 12,25 annehmen, deswegen setzen wir sie gleich :

u 2 = 12,25 | 2
u1 = - 12,25 = -3,5
u2 = 12,25 = 3,5

Da u= -3,5 < 0 ist u= 3,5 die einzige Lösung.

Mittelwerte

Beispiel:

Die Menge an Wasser in einem Wassertank zur Zeit x (in min) kann näherungsweise durch die Funktion f mit f(x)= 2 e 2x -3 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 2 e 2x -3 x

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

= 1 2 ( e 22 -3 - e 20 -3 )

= 1 2 ( e 4 -3 - e 0 -3 )

= 1 2 ( e 1 - e -3 )

= 1 2 (e - e -3 )

= 1 2 ( - e -3 + e)


≈ 1,334

uneigentliche Integrale

Beispiel:

Das Schaubild der Funktion f mit f(x)= 2 e -2x +3 schließt mit der x-Achse und der Geraden x=1 eine nach rechts offene Fläche ein.
Untersuche, ob der Flächeninhalt endlich ist und bestimme in diesem Fall diesen Flächeninhalt.


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

= [ - e -2x +3 ] 1 u

= - e -2u +3 + e -21 +3

= - e -2u +3 + e -2 +3

= - e -2u +3 + e 1

= - e -2u +3 + e

Für u → ∞ gilt: A(u) = - e -2u +3 + e 0 + e = e ≈ 2.718

Für den Flächeninhalt (immer positiv) gilt also I = 2.718