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)= 1 ( 3x -3 ) 3 (in m/s, x in Sekunden) beschreiben. Nach 3s hat er bereits 15 m zurückgelegt. Wie weit ist er nach 4 Sekunden?

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

= [ - 1 6 ( 3x -3 ) -2 ] 3 4

= [ - 1 6 ( 3x -3 ) 2 ] 3 4

= - 1 6 ( 34 -3 ) 2 + 1 6 ( 33 -3 ) 2

= - 1 6 ( 12 -3 ) 2 + 1 6 ( 9 -3 ) 2

= - 1 6 9 2 + 1 6 6 2

= - 1 6 ( 1 81 ) + 1 6 ( 1 36 )

= - 1 486 + 1 216

= - 4 1944 + 9 1944

= 5 1944


≈ 0,003
Der neue Bestand setzt sich aus dem Anfangsbestand bei 3 und der Änderung zwischen 3 und 4 zusammen:
B = 15 + 5 1944 = 29165 1944 ≈ 15

Integralanwendungen

Beispiel:

Bei einer Bakterienkultur geht man von einer Wachstumsrate von 2 e x -1 Bakterien pro Minute zur Zeit x (in Minuten) aus. Zu Zeitpunkt x=2 sind 62 Bakterien vorhanden. Wie viele sind es nach 4 Minuten?

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

= [ 2 e x -1 ] 2 4

= 2 e 4 -1 -2 e 2 -1

= 2 e 3 -2 e 1

= 2 e 3 -2e


≈ 34,735
Der neue Bestand setzt sich aus dem Anfangsbestand bei 2 und der Änderung zwischen 2 und 4 zusammen:
B = 62 + 2 e 3 -2e ≈ 96.73

Integralfunktion - Gleichung

Beispiel:

Bestimme u > 1 so, dass 1 u 4x x = 6

Lösung einblenden
1 u 4x x

= [ 2 x 2 ] 1 u

= 2 u 2 -2 1 2

= 2 u 2 -21

= 2 u 2 -2

Diese Integralfunktion soll ja den Wert 6 annehmen, deswegen setzen wir sie gleich :

2 u 2 -2 = 6 | +2
2 u 2 = 8 |:2
u 2 = 4 | 2
u1 = - 4 = -2
u2 = 4 = 2

Da u= -2 < 1 ist u= 2 die einzige Lösung.

Mittelwerte

Beispiel:

Bestimme den Mittelwert der Funktionswerte von f mit f(x)= 6 ( 3x -3 ) 2 + x zwischen 2 und 4.

Lösung einblenden

Wir berechnen den Mittelwert mit der üblichen Formel:

m = 1 4 -2 2 4 ( 6 ( 3x -3 ) 2 + x ) x

= 1 2 [ 2 3 ( 3x -3 ) 3 + 1 2 x 2 ] 2 4

= 1 2 ( 2 3 ( 34 -3 ) 3 + 1 2 4 2 - ( 2 3 ( 32 -3 ) 3 + 1 2 2 2 ))

= 1 2 ( 2 3 ( 12 -3 ) 3 + 1 2 16 - ( 2 3 ( 6 -3 ) 3 + 1 2 4 ))

= 1 2 ( 2 3 9 3 +8 - ( 2 3 3 3 +2 ))

= 1 2 ( 2 3 729 +8 - ( 2 3 27 +2 ))

= 1 2 ( 486 +8 - ( 18 +2 ))

= 1 2 ( 494 -1 · 20 )

= 1 2 ( 494 -20 )

= 1 2 · 474

= 237

uneigentliche Integrale

Beispiel:

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

= [ 2 ( -x +3 ) -1 ] 5 u

= [ 2 -x +3 ] 5 u

= 2 -u +3 - 2 -5 +3

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

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

= 2 -u +3 +1

Für u → ∞ gilt: A(u) = 2 -u +3 +1 0 +1 = 1 ≈ 1

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