Aufgabenbeispiele von Anwendungen

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Integralanwendungen BF

Beispiel:

Die Bewegungsgeschwindigkeit eines Körpers lässt sich nährungsweise durch die Funktion f mit f(x)= 2 2x -4 (in m/s, x in Sekunden) beschreiben. Nach 10 s hat er bereits 20 m zurückgelegt. Wie weit ist er nach 29 2 Sekunden?

Lösung einblenden
Zuerst berechnen wir die Änderung des Bestands zwischen 10 und 29 2 :
10 29 2 2 2x -4 x
= 10 29 2 2 ( 2x -4 ) 1 2 x

= [ 2 3 ( 2x -4 ) 3 2 ] 10 29 2

= [ 2 3 ( 2x -4 ) 3 ] 10 29 2

= 2 3 ( 2( 29 2 ) -4 ) 3 - 2 3 ( 210 -4 ) 3

= 2 3 ( 29 -4 ) 3 - 2 3 ( 20 -4 ) 3

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

= 2 3 5 3 - 2 3 4 3

= 2 3 125 - 2 3 64

= 250 3 - 128 3

= 122 3


≈ 40,667
Der neue Bestand setzt sich aus dem Anfangsbestand bei 10 und der Änderung zwischen 10 und 29 2 zusammen:
B = 20 + 122 3 = 182 3 ≈ 60.67

Integralanwendungen

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 32 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 = 32 + -5 e -2 +5e ≈ 44.91

Integralfunktion - Gleichung

Beispiel:

Bestimme u > 0 so, dass 0 u 0,6 e -0,6x +0,9 x = 1

Lösung einblenden
0 u 0,6 e -0,6x +0,9 x

= [ - e -0,6x +0,9 ] 0 u

= - e -0,6u +0,9 + e -0,60 +0,9

= - e -0,6u +0,9 + e 0 +0,9

= - e -0,6u +0,9 + e 0,9

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

- e -0,6u +0,9 + e 0,9 = 1 | - e 0,9
- e -0,6u +0,9 = - e 0,9 +1
- e -0,6u +0,9 = -1,4596 |:-1
e -0,6u +0,9 = 1,4596 |ln(⋅)
-0,6u +0,9 = ln( 1,4596 )
-0,6u +0,9 = 0,3782 | -0,9
-0,6u = -0,5218 |:(-0,6 )
u = 0,8697

Mittelwerte

Beispiel:

Die Menge an Wasser in einem Wassertank zur Zeit x (in min) kann näherungsweise durch die Funktion f mit f(x)= 6 ( 2x -1 ) 2 +5x beschrieben werden. Wieviel Wasser sind während der ersten 4 Minuten durchschnittlich im Tank?

Lösung einblenden

Wir berechnen den Mittelwert mit der üblichen Formel:

m = 1 4 +0 0 4 ( 6 ( 2x -1 ) 2 +5x ) x

= 1 4 [ ( 2x -1 ) 3 + 5 2 x 2 ] 0 4

= 1 4 ( ( 24 -1 ) 3 + 5 2 4 2 - ( ( 20 -1 ) 3 + 5 2 0 2 ))

= 1 4 ( ( 8 -1 ) 3 + 5 2 16 - ( ( 0 -1 ) 3 + 5 2 0 ))

= 1 4 ( 7 3 +40 - ( ( -1 ) 3 +0))

= 1 4 ( 343 +40 - ( ( -1 ) +0))

= 1 4 ( 343 +40 +1 )

= 1 4 · 384

uneigentliche Integrale

Beispiel:

Das Schaubild der Funktion f mit f(x)= -2 e -2x +3 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 e -2x +3 x

= [ e -2x +3 ] 2 u

= e -2u +3 - e -22 +3

= e -2u +3 - e -4 +3

= e -2u +3 - e -1

Für u → ∞ gilt: A(u) = e -2u +3 - e -1 0 - e -1 = - e -1 ≈ -0.368

Für den Flächeninhalt (immer positiv) gilt also I = 0.368