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 59 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 3x -3 x

= [ e 3x -3 ] 2 5

= e 35 -3 - e 32 -3

= e 15 -3 - e 6 -3

= e 12 - e 3


≈ 162734,706
Der neue Bestand setzt sich aus dem Anfangsbestand bei 2 und der Änderung zwischen 2 und 5 zusammen:
B = 59 + e 12 - e 3 ≈ 162793.71

Integralanwendungen

Beispiel:

Bei einer Bakterienkultur geht man von einer Wachstumsrate von e 2x -2 Bakterien pro Minute zur Zeit x (in Minuten) aus. Zu Zeitpunkt x=1 sind 71 Bakterien vorhanden. Wie viele sind es nach 2 Minuten?

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

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

= 1 2 e 22 -2 - 1 2 e 21 -2

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

= 1 2 e 2 - 1 2 e 0

= 1 2 e 2 - 1 2


≈ 3,195
Der neue Bestand setzt sich aus dem Anfangsbestand bei 1 und der Änderung zwischen 1 und 2 zusammen:
B = 71 + 1 2 e 2 - 1 2 ≈ 74.19

Integralfunktion - Gleichung

Beispiel:

Bestimme u > 0 so, dass 0 u 4x x = 8

Lösung einblenden
0 u 4x x

= [ 2 x 2 ] 0 u

= 2 u 2 -2 0 2

= 2 u 2 -20

= 2 u 2 +0

= 2 u 2

Diese Integralfunktion soll ja den Wert 8 annehmen, deswegen setzen wir sie gleich :

2 u 2 = 8 |:2
u 2 = 4 | 2
u1 = - 4 = -2
u2 = 4 = 2

Da u= -2 < 0 ist u= 2 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)= 6 ( 2x -3 ) 2 beschrieben werden. Wieviel Wasser sind während der ersten 3 Minuten durchschnittlich im Tank?

Lösung einblenden

Wir berechnen den Mittelwert mit der üblichen Formel:

m = 1 3 +0 0 3 6 ( 2x -3 ) 2 x

= 1 3 [ ( 2x -3 ) 3 ] 0 3

= 1 3 ( ( 23 -3 ) 3 - ( 20 -3 ) 3 )

= 1 3 ( ( 6 -3 ) 3 - ( 0 -3 ) 3 )

= 1 3 ( 3 3 - ( -3 ) 3 )

= 1 3 ( 27 - ( -27 ) )

= 1 3 ( 27 +27 )

= 1 3 · 54

= 18

uneigentliche Integrale

Beispiel:

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

= [ -2 ( x -1 ) 1 2 ] u 5

= [ -2 x -1 ] u 5

= -2 5 -1 +2 u -1

= -2 4 +2 u -1

= -22 +2 u -1

= -4 +2 u -1

Für u → 1 (u>1, also von rechts) gilt: A(u) = 2 u -1 -4 0 -4 = -4 ≈ -4

Für den Flächeninhalt (immer positiv) gilt also I = 4