Aufgabenbeispiele von Anwendungen

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Integralanwendungen BF

Beispiel:

Bei einer Bakterienkultur geht man von einer Wachstumsrate von 3 e 3x -3 Bakterien pro Minute zur Zeit x (in Minuten) aus. Zu Zeitpunkt x=2 sind 32 Bakterien vorhanden. Wie viele sind es nach 4 Minuten?

Lösung einblenden
Zuerst berechnen wir die Änderung des Bestands zwischen 2 und 4:
2 4 3 e 3x -3 x

= [ e 3x -3 ] 2 4

= e 34 -3 - e 32 -3

= e 12 -3 - e 6 -3

= e 9 - e 3


≈ 8082,998
Der neue Bestand setzt sich aus dem Anfangsbestand bei 2 und der Änderung zwischen 2 und 4 zusammen:
B = 32 + e 9 - e 3 ≈ 8115

Integralanwendungen

Beispiel:

Bei einer Bakterienkultur geht man von einer Wachstumsrate von 4 e x -3 Bakterien pro Minute zur Zeit x (in Minuten) aus. Zu Zeitpunkt x=1 sind 74 Bakterien vorhanden. Wie viele sind es nach 2 Minuten?

Lösung einblenden
Zuerst berechnen wir die Änderung des Bestands zwischen 1 und 2:
1 2 4 e x -3 x

= [ 4 e x -3 ] 1 2

= 4 e 2 -3 -4 e 1 -3

= 4 e -1 -4 e -2


≈ 0,93
Der neue Bestand setzt sich aus dem Anfangsbestand bei 1 und der Änderung zwischen 1 und 2 zusammen:
B = 74 + 4 e -1 -4 e -2 ≈ 74.93

Integralfunktion - Gleichung

Beispiel:

Bestimme u > 0 so, dass 0 u 1,4 e 0,7x -0,9 x = 5

Lösung einblenden
0 u 1,4 e 0,7x -0,9 x

= [ 2 e 0,7x -0,9 ] 0 u

= 2 e 0,7u -0,9 -2 e 0,70 -0,9

= 2 e 0,7u -0,9 -2 e 0 -0,9

= 2 e 0,7u -0,9 -2 e -0,9

Diese Integralfunktion soll ja den Wert 5 annehmen, deswegen setzen wir sie gleich :

2 e 0,7u -0,9 -2 e -0,9 = 5 | +2 e -0,9
2 e 0,7u -0,9 = 2 e -0,9 +5
2 e 0,7u -0,9 = 5,8131 |:2
e 0,7u -0,9 = 2,9066 |ln(⋅)
0,7u -0,9 = ln( 2,9066 )
0,7u -0,9 = 1,067 | +0,9
0,7u = 1,967 |:0,7
u = 2,81

Mittelwerte

Beispiel:

Bestimme den Mittelwert der Funktionswerte von f mit f(x)= 5 sin( x + π) zwischen 1 2 π und π .

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Wir berechnen den Mittelwert mit der üblichen Formel:

m = 1 π - 1 2 π 1 2 π π 5 sin( x + π) x

= 2 π [ -5 cos( x + π) ] 1 2 π π

= 2 π · ( -5 cos( π + π) +5 cos( 1 2 π + π) )

= 2 π · ( -5 cos(2π) +5 cos( 3 2 π) )

= 2 π · ( -51 +50 )

= 2 π · ( -5 +0 )

= 2 π · ( -5 )

= - 10 π


≈ -3,183

uneigentliche Integrale

Beispiel:

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

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

= [ 1 x -1 ] 2 u

= 1 u -1 - 1 2 -1

= 1 u -1 - 1 1

= 1 u -1 - 1

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

Für den Flächeninhalt (immer positiv) gilt also I = 1