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 ( 3x -5 ) 2 (in m/s, x in Sekunden) beschreiben. Nach 3s hat er bereits 16 m zurückgelegt. Wie weit ist er nach 5 Sekunden?

Lösung einblenden
Zuerst berechnen wir die Änderung des Bestands zwischen 3 und 5:
3 5 4 ( 3x -5 ) 2 x
= 3 5 4 ( 3x -5 ) -2 x

= [ - 4 3 ( 3x -5 ) -1 ] 3 5

= [ - 4 3( 3x -5 ) ] 3 5

= - 4 3( 35 -5 ) + 4 3( 33 -5 )

= - 4 3( 15 -5 ) + 4 3( 9 -5 )

= - 4 3 10 + 4 3 4

= - 4 3 ( 1 10 ) + 4 3 ( 1 4 )

= - 2 15 + 1 3

= - 2 15 + 5 15

= 1 5


= 0,2
Der neue Bestand setzt sich aus dem Anfangsbestand bei 3 und der Änderung zwischen 3 und 5 zusammen:
B = 16 + 1 5 = 81 5 ≈ 16.2

Integralanwendungen

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=2 sind 56 Bakterien vorhanden. Wie viele sind es nach 5 Minuten?

Lösung einblenden
Zuerst berechnen wir die Änderung des Bestands zwischen 2 und 5:
2 5 6 e x -3 x

= [ 6 e x -3 ] 2 5

= 6 e 5 -3 -6 e 2 -3

= 6 e 2 -6 e -1


≈ 42,127
Der neue Bestand setzt sich aus dem Anfangsbestand bei 2 und der Änderung zwischen 2 und 5 zusammen:
B = 56 + 6 e 2 -6 e -1 ≈ 98.13

Integralfunktion - Gleichung

Beispiel:

Bestimme u > 0 so, dass 0 u 8,1 e -0,9x +0,3 x = 3

Lösung einblenden
0 u 8,1 e -0,9x +0,3 x

= [ -9 e -0,9x +0,3 ] 0 u

= -9 e -0,9u +0,3 +9 e -0,90 +0,3

= -9 e -0,9u +0,3 +9 e 0 +0,3

= -9 e -0,9u +0,3 +9 e 0,3

Diese Integralfunktion soll ja den Wert 3 annehmen, deswegen setzen wir sie gleich :

-9 e -0,9u +0,3 +9 e 0,3 = 3 | -9 e 0,3
-9 e -0,9u +0,3 = -9 e 0,3 +3
-9 e -0,9u +0,3 = -9,1487 |:-9
e -0,9u +0,3 = 1,0165 |ln(⋅)
-0,9u +0,3 = ln( 1,0165 )
-0,9u +0,3 = 0,0164 | -0,3
-0,9u = -0,2836 |:(-0,9 )
u = 0,3151

Mittelwerte

Beispiel:

Bestimme den Mittelwert der Funktionswerte von f mit f(x)= cos( 2x + 1 2 π) zwischen 1 2 π und π .

Lösung einblenden

Wir berechnen den Mittelwert mit der üblichen Formel:

m = 1 π - 1 2 π 1 2 π π cos( 2x + 1 2 π) x

= 2 π [ 1 2 sin( 2x + 1 2 π) ] 1 2 π π

= 2 π · ( 1 2 sin( 2π + 1 2 π) - 1 2 sin( 2( 1 2 π ) + 1 2 π) )

= 2 π · ( 1 2 sin( 5 2 π) - 1 2 sin( 3 2 π) )

= 2 π · ( 1 2 1 - 1 2 ( -1 ) )

= 2 π · ( 1 2 + 1 2 )

= 2 π · ( 0,5 +0,5 )

= 2 π · 1

= 2 π


≈ 0,637

uneigentliche Integrale

Beispiel:

Das Schaubild der Funktion f mit f(x)= - 3 ( -x +3 ) 2 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 ) 2 x
= 5 u -3 ( -x +3 ) -2 x

= [ -3 ( -x +3 ) -1 ] 5 u

= [ - 3 -x +3 ] 5 u

= - 3 -u +3 + 3 -5 +3

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

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

= - 3 -u +3 - 3 2

Für u → ∞ gilt: A(u) = - 3 -u +3 - 3 2 0 - 3 2 = - 3 2 ≈ -1.5

Für den Flächeninhalt (immer positiv) gilt also I = 1.5