Aufgabenbeispiele von Anwendungen

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Integralanwendungen BF

Beispiel:

Bei einer Bakterienkultur geht man von einer Wachstumsrate von 3 e 2x -2 Bakterien pro Minute zur Zeit x (in Minuten) aus. Zu Zeitpunkt x=0 sind 31 Bakterien vorhanden. Wie viele sind es nach 3 Minuten?

Lösung einblenden
Zuerst berechnen wir die Änderung des Bestands zwischen 0 und 3:
0 3 3 e 2x -2 x

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

= 3 2 e 23 -2 - 3 2 e 20 -2

= 3 2 e 6 -2 - 3 2 e 0 -2

= 3 2 e 4 - 3 2 e -2


≈ 81,694
Der neue Bestand setzt sich aus dem Anfangsbestand bei 0 und der Änderung zwischen 0 und 3 zusammen:
B = 31 + 3 2 e 4 - 3 2 e -2 ≈ 112.69

Integralanwendungen

Beispiel:

Die Bewegungsgeschwindigkeit eines Körpers lässt sich nährungsweise durch die Funktion f mit f(x)= 5 3x -3 (in m/s, x in Sekunden) beschreiben. Nach 2s hat er bereits 7 m zurückgelegt. Wie weit ist er nach 3 Sekunden?

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

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

= 5 3 ln( | 33 -3 | ) - 5 3 ln( | 32 -3 | )

= 5 3 ln( | 9 -3 | ) - 5 3 ln( | 6 -3 | )

= 5 3 ln( 6 ) - 5 3 ln( | 6 -3 | )

= 5 3 ln( 6 ) - 5 3 ln( 3 )


≈ 1,155
Der neue Bestand setzt sich aus dem Anfangsbestand bei 2 und der Änderung zwischen 2 und 3 zusammen:
B = 7 + 5 3 ln( | 6 | ) - 5 3 ln( | 3 | ) ≈ 8.16

Integralfunktion - Gleichung

Beispiel:

Bestimme u > 3 so, dass 3 u 10x x = 56,25

Lösung einblenden
3 u 10x x

= [ 5 x 2 ] 3 u

= 5 u 2 -5 3 2

= 5 u 2 -59

= 5 u 2 -45

Diese Integralfunktion soll ja den Wert 56,25 annehmen, deswegen setzen wir sie gleich :

5 u 2 -45 = 56,25 | +45
5 u 2 = 101,25 |:5
u 2 = 20,25 | 2
u1 = - 20,25 = -4,5
u2 = 20,25 = 4,5

Da u= -4,5 < 3 ist u= 4,5 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)= 3 2x -2 (in mg) beschrieben werden. Berechne die mittlere Wirkstoffmenge in mg zwischen Minute 9 und Minute 27 2 .

Lösung einblenden

Wir berechnen den Mittelwert mit der üblichen Formel:

m = 1 27 2 -9 9 27 2 3 2x -2 x
= 2 9 9 27 2 3 ( 2x -2 ) 1 2 x

= 2 9 [ ( 2x -2 ) 3 2 ] 9 27 2

= 2 9 [ ( 2x -2 ) 3 ] 9 27 2

= 2 9 ( ( 2( 27 2 ) -2 ) 3 - ( 29 -2 ) 3 )

= 2 9 ( ( 27 -2 ) 3 - ( 18 -2 ) 3 )

= 2 9 ( ( 25 ) 3 - ( 16 ) 3 )

= 2 9 ( 5 3 - 4 3 )

= 2 9 ( 125 - 64 )

= 2 9 · 61


≈ 13,556

uneigentliche Integrale

Beispiel:

Das Schaubild der Funktion f mit f(x)= - 2 2x -6 schließt mit der x-Achse, der Geraden x= 7,5 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 7,5 - 2 2x -6 x
= u 7,5 -2 ( 2x -6 ) - 1 2 x

= [ -2 ( 2x -6 ) 1 2 ] u 7,5

= [ -2 2x -6 ] u 7,5

= -2 27,5 -6 +2 2u -6

= -2 15 -6 +2 2u -6

= -2 9 +2 2u -6

= -23 +2 2u -6

= -6 +2 2u -6

Für u → 3 (u>3, also von rechts) gilt: A(u) = 2 2u -6 -6 0 -6 = -6 ≈ -6

Für den Flächeninhalt (immer positiv) gilt also I = 6