Aufgabenbeispiele von Anwendungen

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Integralanwendungen BF

Beispiel:

Bei einer Bakterienkultur geht man von einer Wachstumsrate von e x -3 Bakterien pro Minute zur Zeit x (in Minuten) aus. Zu Zeitpunkt x=0 sind 30 Bakterien vorhanden. Wie viele sind es nach 2 Minuten?

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

= [ e x -3 ] 0 2

= e 2 -3 - e 0 -3

= e -1 - e -3


≈ 0,318
Der neue Bestand setzt sich aus dem Anfangsbestand bei 0 und der Änderung zwischen 0 und 2 zusammen:
B = 30 + e -1 - e -3 ≈ 30.32

Integralanwendungen

Beispiel:

Bei einer Bakterienkultur geht man von einer Wachstumsrate von 2 e 2x -2 Bakterien pro Minute zur Zeit x (in Minuten) aus. Zu Zeitpunkt x=1 sind 33 Bakterien vorhanden. Wie viele sind es nach 3 Minuten?

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

= [ e 2x -2 ] 1 3

= e 23 -2 - e 21 -2

= e 6 -2 - e 2 -2

= e 4 - e 0

= e 4 -1


≈ 53,598
Der neue Bestand setzt sich aus dem Anfangsbestand bei 1 und der Änderung zwischen 1 und 3 zusammen:
B = 33 + e 4 -1 ≈ 86.6

Integralfunktion - Gleichung

Beispiel:

Bestimme u > 0 so, dass 0 u 6,3 e -0,9x +0,3 x = 4

Lösung einblenden
0 u 6,3 e -0,9x +0,3 x

= [ -7 e -0,9x +0,3 ] 0 u

= -7 e -0,9u +0,3 +7 e -0,90 +0,3

= -7 e -0,9u +0,3 +7 e 0 +0,3

= -7 e -0,9u +0,3 +7 e 0,3

Diese Integralfunktion soll ja den Wert 4 annehmen, deswegen setzen wir sie gleich :

-7 e -0,9u +0,3 +7 e 0,3 = 4 | -7 e 0,3
-7 e -0,9u +0,3 = -7 e 0,3 +4
-7 e -0,9u +0,3 = -5,449 |:-7
e -0,9u +0,3 = 0,7784 |ln(⋅)
-0,9u +0,3 = ln( 0,7784 )
-0,9u +0,3 = -0,2505 | -0,3
-0,9u = -0,5505 |:(-0,9 )
u = 0,6117

Mittelwerte

Beispiel:

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

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Wir berechnen den Mittelwert mit der üblichen Formel:

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

= 2 π [ - cos( x + 1 2 π) ] 1 2 π π

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

= 2 π · ( - cos( 3 2 π) + cos(π) )

= 2 π · ( -0 -1 )

= - 2 π


≈ -0,637

uneigentliche Integrale

Beispiel:

Das Schaubild der Funktion f mit f(x)= - 1 2x -2 schließt mit der x-Achse, der Geraden x= 5,5 und der Geraden x=1 eine nach oben bzw. unten offene Fläche ein.
Untersuche, ob der Flächeninhalt endlich ist und bestimme in diesem Fall diesen Flächeninhalt.


Lösung einblenden
A(u)= u 5,5 - 1 2x -2 x
= u 5,5 - ( 2x -2 ) - 1 2 x

= [ - ( 2x -2 ) 1 2 ] u 5,5

= [ - 2x -2 ] u 5,5

= - 25,5 -2 + 2u -2

= - 11 -2 + 2u -2

= - 9 + 2u -2

= -3 + 2u -2

= 2u -2 -3

Für u → 1 (u>1, also von rechts) gilt: A(u) = 2u -2 -3 0 -3 = -3 ≈ -3

Für den Flächeninhalt (immer positiv) gilt also I = 3