Aufgabenbeispiele von Anwendungen

Durch Aktualisieren des Browsers (z.B. mit Taste F5) kann man neue Beispielaufgaben sehen


Integralanwendungen BF

Beispiel:

Die Bewegungsgeschwindigkeit eines Körpers lässt sich nährungsweise durch die Funktion f mit f(x)= 4 2x -4 (in m/s, x in Sekunden) beschreiben. Nach 10 s hat er bereits 13 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 4 2x -4 x
= 10 29 2 4 ( 2x -4 ) 1 2 x

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

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

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

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

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

= 4 3 5 3 - 4 3 4 3

= 4 3 125 - 4 3 64

= 500 3 - 256 3

= 244 3


≈ 81,333
Der neue Bestand setzt sich aus dem Anfangsbestand bei 10 und der Änderung zwischen 10 und 29 2 zusammen:
B = 13 + 244 3 = 283 3 ≈ 94.33

Integralanwendungen

Beispiel:

Bei einer Bakterienkultur geht man von einer Wachstumsrate von 2 e 2x -5 Bakterien pro Minute zur Zeit x (in Minuten) aus. Zu Zeitpunkt x=2 sind 63 Bakterien vorhanden. Wie viele sind es nach 5 Minuten?

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

= [ e 2x -5 ] 2 5

= e 25 -5 - e 22 -5

= e 10 -5 - e 4 -5

= e 5 - e -1


≈ 148,045
Der neue Bestand setzt sich aus dem Anfangsbestand bei 2 und der Änderung zwischen 2 und 5 zusammen:
B = 63 + e 5 - e -1 ≈ 211.05

Integralfunktion - Gleichung

Beispiel:

Bestimme u > 0 so, dass 0 u 1,6 e -0,8x +0,8 x = 2

Lösung einblenden
0 u 1,6 e -0,8x +0,8 x

= [ -2 e -0,8x +0,8 ] 0 u

= -2 e -0,8u +0,8 +2 e -0,80 +0,8

= -2 e -0,8u +0,8 +2 e 0 +0,8

= -2 e -0,8u +0,8 +2 e 0,8

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

-2 e -0,8u +0,8 +2 e 0,8 = 2 | -2 e 0,8
-2 e -0,8u +0,8 = -2 e 0,8 +2
-2 e -0,8u +0,8 = -2,4511 |:-2
e -0,8u +0,8 = 1,2256 |ln(⋅)
-0,8u +0,8 = ln( 1,2256 )
-0,8u +0,8 = 0,2034 | -0,8
-0,8u = -0,5966 |:(-0,8 )
u = 0,7458

Mittelwerte

Beispiel:

Die Menge an Wasser in einem Wassertank zur Zeit x (in min) kann näherungsweise durch die Funktion f mit f(x)= 3 e 2x -4 beschrieben werden. Wieviel Wasser sind während der ersten 5 Minuten durchschnittlich im Tank?

Lösung einblenden

Wir berechnen den Mittelwert mit der üblichen Formel:

m = 1 5 +0 0 5 3 e 2x -4 x

= 1 5 [ 3 2 e 2x -4 ] 0 5

= 1 5 ( 3 2 e 25 -4 - 3 2 e 20 -4 )

= 1 5 ( 3 2 e 10 -4 - 3 2 e 0 -4 )

= 1 5 ( 3 2 e 6 - 3 2 e -4 )


≈ 121,023

uneigentliche Integrale

Beispiel:

Das Schaubild der Funktion f mit f(x)= - 2 ( 2x -1 ) 2 schließt mit der x-Achse und der Geraden x=1 eine nach rechts offene Fläche ein.
Untersuche, ob der Flächeninhalt endlich ist und bestimme in diesem Fall diesen Flächeninhalt.


Lösung einblenden
A(u)= 1 u - 2 ( 2x -1 ) 2 x
= 1 u -2 ( 2x -1 ) -2 x

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

= [ 1 2x -1 ] 1 u

= 1 2u -1 - 1 21 -1

= 1 2u -1 - 1 2 -1

= 1 2u -1 - 1 1

= 1 2u -1 - 1

Für u → ∞ gilt: A(u) = 1 2u -1 -1 0 -1 = -1 ≈ -1

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