Aufgabenbeispiele von Anwendungen

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Integralanwendungen BF

Beispiel:

Bei einer Bakterienkultur geht man von einer Wachstumsrate von 3 e x -2 Bakterien pro Minute zur Zeit x (in Minuten) aus. Zu Zeitpunkt x=1 sind 64 Bakterien vorhanden. Wie viele sind es nach 2 Minuten?

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

= [ 3 e x -2 ] 1 2

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

= 3 e 0 -3 e -1

= 3 -3 e -1


≈ 1,896
Der neue Bestand setzt sich aus dem Anfangsbestand bei 1 und der Änderung zwischen 1 und 2 zusammen:
B = 64 + -3 e -1 +3 ≈ 65.9

Integralanwendungen

Beispiel:

Die Bewegungsgeschwindigkeit eines Körpers lässt sich nährungsweise durch die Funktion f mit f(x)= 6 ( 2x -1 ) 2 (in m/s, x in Sekunden) beschreiben. Nach 1s hat er bereits 5 m zurückgelegt. Wie weit ist er nach 2 Sekunden?

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

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

= [ - 3 2x -1 ] 1 2

= - 3 22 -1 + 3 21 -1

= - 3 4 -1 + 3 2 -1

= - 3 3 + 3 1

= -3( 1 3 ) +31

= -1 +3

= 2

Der neue Bestand setzt sich aus dem Anfangsbestand bei 1 und der Änderung zwischen 1 und 2 zusammen:
B = 5 + 2 = 7

Integralfunktion - Gleichung

Beispiel:

Bestimme u > 0 so, dass 0 u 4,9 e -0,7x +0,3 x = 2

Lösung einblenden
0 u 4,9 e -0,7x +0,3 x

= [ -7 e -0,7x +0,3 ] 0 u

= -7 e -0,7u +0,3 +7 e -0,70 +0,3

= -7 e -0,7u +0,3 +7 e 0 +0,3

= -7 e -0,7u +0,3 +7 e 0,3

Diese Integralfunktion soll ja den Wert 2 annehmen, deswegen setzen wir sie gleich :

-7 e -0,7u +0,3 +7 e 0,3 = 2 | -7 e 0,3
-7 e -0,7u +0,3 = -7 e 0,3 +2
-7 e -0,7u +0,3 = -7,449 |:-7
e -0,7u +0,3 = 1,0641 |ln(⋅)
-0,7u +0,3 = ln( 1,0641 )
-0,7u +0,3 = 0,0621 | -0,3
-0,7u = -0,2379 |:(-0,7 )
u = 0,3399

Mittelwerte

Beispiel:

Bestimme den Mittelwert der Funktionswerte von f mit f(x)= 2 x -2 zwischen 3 und 4.

Lösung einblenden

Wir berechnen den Mittelwert mit der üblichen Formel:

m = 1 4 -3 3 4 2 x -2 x
= 1 3 4 2 ( x -2 ) -1 x

= 1 [ 2 ln( | x -2 | ) ] 3 4

= 2 ln( | 4 -2 | ) -2 ln( | 3 -2 | )

= 2 ln( 2 ) -2 ln( | 3 -2 | )

= 2 ln( 2 ) -2 ln( 1 )

= 2 ln( 2 ) +0

= 2 ln( 2 )


≈ 1,386

uneigentliche Integrale

Beispiel:

Das Schaubild der Funktion f mit f(x)= 3 ( x -3 ) 3 schließt mit der x-Achse und der Geraden x=5 eine nach rechts offene Fläche ein.
Untersuche, ob der Flächeninhalt endlich ist und bestimme in diesem Fall diesen Flächeninhalt.


Lösung einblenden
A(u)= 5 u 3 ( x -3 ) 3 x
= 5 u 3 ( x -3 ) -3 x

= [ - 3 2 ( x -3 ) -2 ] 5 u

= [ - 3 2 ( x -3 ) 2 ] 5 u

= - 3 2 ( u -3 ) 2 + 3 2 ( 5 -3 ) 2

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

= - 3 2 ( u -3 ) 2 + 3 2 ( 1 4 )

= - 3 2 ( u -3 ) 2 + 3 8

Für u → ∞ gilt: A(u) = - 3 2 ( u -3 ) 2 + 3 8 0 + 3 8 = 3 8 ≈ 0.375

Für den Flächeninhalt (immer positiv) gilt also I = 0.375