Aufgabenbeispiele von Anwendungen

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Integralanwendungen BF

Beispiel:

Bei einer Bakterienkultur geht man von einer Wachstumsrate von 6 e x -3 Bakterien pro Minute zur Zeit x (in Minuten) aus. Zu Zeitpunkt x=0 sind 63 Bakterien vorhanden. Wie viele sind es nach 1 Minuten?

Lösung einblenden
Zuerst berechnen wir die Änderung des Bestands zwischen 0 und 1:
0 1 6 e x -3 x

= [ 6 e x -3 ] 0 1

= 6 e 1 -3 -6 e 0 -3

= 6 e -2 -6 e -3


≈ 0,513
Der neue Bestand setzt sich aus dem Anfangsbestand bei 0 und der Änderung zwischen 0 und 1 zusammen:
B = 63 + 6 e -2 -6 e -3 ≈ 63.51

Integralanwendungen

Beispiel:

Die Bewegungsgeschwindigkeit eines Körpers lässt sich nährungsweise durch die Funktion f mit f(x)= 6 ( x -1 ) 2 (in m/s, x in Sekunden) beschreiben. Nach 3s hat er bereits 20 m zurückgelegt. Wie weit ist er nach 4 Sekunden?

Lösung einblenden
Zuerst berechnen wir die Änderung des Bestands zwischen 3 und 4:
3 4 6 ( x -1 ) 2 x
= 3 4 6 ( x -1 ) -2 x

= [ -6 ( x -1 ) -1 ] 3 4

= [ - 6 x -1 ] 3 4

= - 6 4 -1 + 6 3 -1

= - 6 3 + 6 2

= -6( 1 3 ) +6( 1 2 )

= -2 +3

= 1

Der neue Bestand setzt sich aus dem Anfangsbestand bei 3 und der Änderung zwischen 3 und 4 zusammen:
B = 20 + 1 = 21

Integralfunktion - Gleichung

Beispiel:

Bestimme u > 0 so, dass 0 u 6x x = 147

Lösung einblenden
0 u 6x x

= [ 3 x 2 ] 0 u

= 3 u 2 -3 0 2

= 3 u 2 -30

= 3 u 2 +0

= 3 u 2

Diese Integralfunktion soll ja den Wert 147 annehmen, deswegen setzen wir sie gleich :

3 u 2 = 147 |:3
u 2 = 49 | 2
u1 = - 49 = -7
u2 = 49 = 7

Da u= -7 < 0 ist u= 7 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 ( x -2 ) 2 +4x beschrieben werden. Wieviel Wasser sind während der ersten 1 Minuten durchschnittlich im Tank?

Lösung einblenden

Wir berechnen den Mittelwert mit der üblichen Formel:

m = 1 1 +0 0 1 ( 2 ( x -2 ) 2 +4x ) x

= 1 [ 2 3 ( x -2 ) 3 +2 x 2 ] 0 1

= 2 3 ( 1 -2 ) 3 +2 1 2 - ( 2 3 ( 0 -2 ) 3 +2 0 2 )

= 2 3 ( -1 ) 3 +21 - ( 2 3 ( -2 ) 3 +20 )

= 2 3 ( -1 ) +2 - ( 2 3 ( -8 ) +0)

= - 2 3 +2 - ( - 16 3 +0)

= - 2 3 + 6 3 - ( - 16 3 +0)

= 4 3 + 16 3

= 20 3


≈ 6,667

uneigentliche Integrale

Beispiel:

Das Schaubild der Funktion f mit f(x)= - 3 -x +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 x
= 5 u -3 ( -x +3 ) -1 x

= [ 3 ln( | -x +3 | ) ] 5 u

= 3 ln( | -( u ) +3 | ) -3 ln( | -5 +3 | )

= 3 ln( | -u +3 | ) -3 ln( | -5 +3 | )

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

Für u → ∞ gilt: A(u) = -3 ln( 2 ) +3 ln( | -x +3 | )