Aufgabenbeispiele von Anwendungen

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Integralanwendungen BF

Beispiel:

Die Bewegungsgeschwindigkeit eines Körpers lässt sich nährungsweise durch die Funktion f mit f(x)= 2 3x -4 (in m/s, x in Sekunden) beschreiben. Nach 20 3 s hat er bereits 9 m zurückgelegt. Wie weit ist er nach 29 3 Sekunden?

Lösung einblenden
Zuerst berechnen wir die Änderung des Bestands zwischen 20 3 und 29 3 :
20 3 29 3 2 3x -4 x
= 20 3 29 3 2 ( 3x -4 ) 1 2 x

= [ 4 9 ( 3x -4 ) 3 2 ] 20 3 29 3

= [ 4 9 ( 3x -4 ) 3 ] 20 3 29 3

= 4 9 ( 3( 29 3 ) -4 ) 3 - 4 9 ( 3( 20 3 ) -4 ) 3

= 4 9 ( 29 -4 ) 3 - 4 9 ( 20 -4 ) 3

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

= 4 9 5 3 - 4 9 4 3

= 4 9 125 - 4 9 64

= 500 9 - 256 9

= 244 9


≈ 27,111
Der neue Bestand setzt sich aus dem Anfangsbestand bei 20 3 und der Änderung zwischen 20 3 und 29 3 zusammen:
B = 9 + 244 9 = 325 9 ≈ 36.11

Integralanwendungen

Beispiel:

Bei einer Bakterienkultur geht man von einer Wachstumsrate von 4 e 3x -5 Bakterien pro Minute zur Zeit x (in Minuten) aus. Zu Zeitpunkt x=0 sind 42 Bakterien vorhanden. Wie viele sind es nach 2 Minuten?

Lösung einblenden
Zuerst berechnen wir die Änderung des Bestands zwischen 0 und 2:
0 2 4 e 3x -5 x

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

= 4 3 e 32 -5 - 4 3 e 30 -5

= 4 3 e 6 -5 - 4 3 e 0 -5

= 4 3 e 1 - 4 3 e -5

= 4 3 e - 4 3 e -5


≈ 3,615
Der neue Bestand setzt sich aus dem Anfangsbestand bei 0 und der Änderung zwischen 0 und 2 zusammen:
B = 42 + - 4 3 e -5 + 4 3 e ≈ 45.62

Integralfunktion - Gleichung

Beispiel:

Bestimme u > 0 so, dass 0 u -4x x = -0,5

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 -0,5 annehmen, deswegen setzen wir sie gleich :

-2 u 2 = -0,5 |: ( -2 )
u 2 = 0.5 2 | 2
u1 = - 0.5 2 = -0,5
u2 = 0.5 2 = 0,5

Da u= -0,5 < 0 ist u= 0,5 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)= 2 e 2x -3 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 2 e 2x -3 x

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

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

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

= 1 3 ( e 3 - e -3 )


≈ 6,679

uneigentliche Integrale

Beispiel:

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


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

= [ e -x +1 ] 2 u

= e -u +1 - e -2 +1

= e -u +1 - e -1

Für u → ∞ gilt: A(u) = e -u +1 - e -1 0 - e -1 = - e -1 ≈ -0.368

Für den Flächeninhalt (immer positiv) gilt also I = 0.368