Aufgabenbeispiele von Anwendungen

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Integralanwendungen BF

Beispiel:

Die Bewegungsgeschwindigkeit eines Körpers lässt sich nährungsweise durch die Funktion f mit f(x)= 6 x -1 (in m/s, x in Sekunden) beschreiben. Nach 10 s hat er bereits 11 m zurückgelegt. Wie weit ist er nach 26 Sekunden?

Lösung einblenden
Zuerst berechnen wir die Änderung des Bestands zwischen 10 und 26:
10 26 6 x -1 x
= 10 26 6 ( x -1 ) 1 2 x

= [ 4 ( x -1 ) 3 2 ] 10 26

= [ 4 ( x -1 ) 3 ] 10 26

= 4 ( 26 -1 ) 3 -4 ( 10 -1 ) 3

= 4 ( 25 ) 3 -4 ( 9 ) 3

= 4 5 3 -4 3 3

= 4125 -427

= 500 -108

= 392

Der neue Bestand setzt sich aus dem Anfangsbestand bei 10 und der Änderung zwischen 10 und 26 zusammen:
B = 11 + 392 = 403

Integralanwendungen

Beispiel:

Bei einer Bakterienkultur geht man von einer Wachstumsrate von 3 e 2x -5 Bakterien pro Minute zur Zeit x (in Minuten) aus. Zu Zeitpunkt x=0 sind 41 Bakterien vorhanden. Wie viele sind es nach 2 Minuten?

Lösung einblenden
Zuerst berechnen wir die Änderung des Bestands zwischen 0 und 2:
0 2 3 e 2x -5 x

= [ 3 2 e 2x -5 ] 0 2

= 3 2 e 22 -5 - 3 2 e 20 -5

= 3 2 e 4 -5 - 3 2 e 0 -5

= 3 2 e -1 - 3 2 e -5


≈ 0,542
Der neue Bestand setzt sich aus dem Anfangsbestand bei 0 und der Änderung zwischen 0 und 2 zusammen:
B = 41 + 3 2 e -1 - 3 2 e -5 ≈ 41.54

Integralfunktion - Gleichung

Beispiel:

Bestimme u > 2 so, dass 2 u ( -6x +3 ) x = -162

Lösung einblenden
2 u ( -6x +3 ) x

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

= -3 u 2 +3u - ( -3 2 2 +32 )

= -3 u 2 +3u - ( -34 +6 )

= -3 u 2 +3u - ( -12 +6 )

= -3 u 2 +3u -1 · ( -6 )

= -3 u 2 +3u +6

Diese Integralfunktion soll ja den Wert -162 annehmen, deswegen setzen wir sie gleich :

-3 u 2 +3u +6 = -162 | +162
-3 u 2 +3u +168 = 0 |:3

- u 2 + u +56 = 0

eingesetzt in die Mitternachtsformel (a-b-c-Formel):

u1,2 = -1 ± 1 2 -4 · ( -1 ) · 56 2( -1 )

u1,2 = -1 ± 1 +224 -2

u1,2 = -1 ± 225 -2

u1 = -1 + 225 -2 = -1 +15 -2 = 14 -2 = -7

u2 = -1 - 225 -2 = -1 -15 -2 = -16 -2 = 8

Da u= -7 < 2 ist u= 8 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)= 2 x -1 (in mg) beschrieben werden. Berechne die mittlere Wirkstoffmenge in mg zwischen Minute 10 und Minute 26 .

Lösung einblenden

Wir berechnen den Mittelwert mit der üblichen Formel:

m = 1 26 -10 10 26 2 x -1 x
= 1 16 10 26 2 ( x -1 ) 1 2 x

= 1 16 [ 4 3 ( x -1 ) 3 2 ] 10 26

= 1 16 [ 4 3 ( x -1 ) 3 ] 10 26

= 1 16 ( 4 3 ( 26 -1 ) 3 - 4 3 ( 10 -1 ) 3 )

= 1 16 ( 4 3 ( 25 ) 3 - 4 3 ( 9 ) 3 )

= 1 16 ( 4 3 5 3 - 4 3 3 3 )

= 1 16 ( 4 3 125 - 4 3 27 )

= 1 16 ( 500 3 -36 )

= 1 16 ( 500 3 - 108 3 )

= 1 16 · 392 3

= 49 6


≈ 8,167

uneigentliche Integrale

Beispiel:

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

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

= [ -2 2x -6 ] u 5

= -2 25 -6 +2 2u -6

= -2 10 -6 +2 2u -6

= -2 4 +2 2u -6

= -22 +2 2u -6

= -4 +2 2u -6

Für u → 3 (u>3, also von rechts) gilt: A(u) = 2 2u -6 -4 0 -4 = -4 ≈ -4

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