Aufgabenbeispiele von Anwendungen

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Integralanwendungen BF

Beispiel:

Die Bewegungsgeschwindigkeit eines Körpers lässt sich nährungsweise durch die Funktion f mit f(x)= 4 x -2 (in m/s, x in Sekunden) beschreiben. Nach 11 s hat er bereits 8 m zurückgelegt. Wie weit ist er nach 27 Sekunden?

Lösung einblenden
Zuerst berechnen wir die Änderung des Bestands zwischen 11 und 27:
11 27 4 x -2 x
= 11 27 4 ( x -2 ) 1 2 x

= [ 8 3 ( x -2 ) 3 2 ] 11 27

= [ 8 3 ( x -2 ) 3 ] 11 27

= 8 3 ( 27 -2 ) 3 - 8 3 ( 11 -2 ) 3

= 8 3 ( 25 ) 3 - 8 3 ( 9 ) 3

= 8 3 5 3 - 8 3 3 3

= 8 3 125 - 8 3 27

= 1000 3 -72

= 1000 3 - 216 3

= 784 3


≈ 261,333
Der neue Bestand setzt sich aus dem Anfangsbestand bei 11 und der Änderung zwischen 11 und 27 zusammen:
B = 8 + 784 3 = 808 3 ≈ 269.33

Integralanwendungen

Beispiel:

Bei einer Bakterienkultur geht man von einer Wachstumsrate von 4 e 2x -3 Bakterien pro Minute zur Zeit x (in Minuten) aus. Zu Zeitpunkt x=0 sind 77 Bakterien vorhanden. Wie viele sind es nach 1 Minuten?

Lösung einblenden
Zuerst berechnen wir die Änderung des Bestands zwischen 0 und 1:
0 1 4 e 2x -3 x

= [ 2 e 2x -3 ] 0 1

= 2 e 21 -3 -2 e 20 -3

= 2 e 2 -3 -2 e 0 -3

= 2 e -1 -2 e -3


≈ 0,636
Der neue Bestand setzt sich aus dem Anfangsbestand bei 0 und der Änderung zwischen 0 und 1 zusammen:
B = 77 + 2 e -1 -2 e -3 ≈ 77.64

Integralfunktion - Gleichung

Beispiel:

Bestimme u > 3 so, dass 3 u 10x x = 80

Lösung einblenden
3 u 10x x

= [ 5 x 2 ] 3 u

= 5 u 2 -5 3 2

= 5 u 2 -59

= 5 u 2 -45

Diese Integralfunktion soll ja den Wert 80 annehmen, deswegen setzen wir sie gleich :

5 u 2 -45 = 80 | +45
5 u 2 = 125 |:5
u 2 = 25 | 2
u1 = - 25 = -5
u2 = 25 = 5

Da u= -5 < 3 ist u= 5 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)= e 2x -2 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 e 2x -2 x

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

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

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

= 1 5 ( 1 2 e 8 - 1 2 e -2 )


≈ 298,082

uneigentliche Integrale

Beispiel:

Das Schaubild der Funktion f mit f(x)= 1 ( -2x +4 ) 2 schließt mit der x-Achse und der Geraden x=4 eine nach rechts offene Fläche ein.
Untersuche, ob der Flächeninhalt endlich ist und bestimme in diesem Fall diesen Flächeninhalt.


Lösung einblenden
A(u)= 4 u 1 ( -2x +4 ) 2 x
= 4 u ( -2x +4 ) -2 x

= [ 1 2 ( -2x +4 ) -1 ] 4 u

= [ 1 2( -2x +4 ) ] 4 u

= 1 2( -2u +4 ) - 1 2( -24 +4 )

= 1 2( -2u +4 ) - 1 2( -8 +4 )

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

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

= 1 2( -2u +4 ) + 1 8

Für u → ∞ gilt: A(u) = 1 2( -2u +4 ) + 1 8 0 + 1 8 = 1 8 ≈ 0.125

Für den Flächeninhalt (immer positiv) gilt also I = 0.125