Aufgabenbeispiele von Anwendungen

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Integralanwendungen BF

Beispiel:

Aus einem Wasserhahn läuft Wasser mit der Auslaufgeschwindigkeit f(x)= 6 3x -4 (in Liter pro Minute) in einen Wassertank. Nach 13 3 Minuten sind 3 Liter im Tank. Wieviel Liter sind nach 29 3 Minuten darin?

Lösung einblenden
Zuerst berechnen wir die Änderung des Bestands zwischen 13 3 und 29 3 :
13 3 29 3 6 3x -4 x
= 13 3 29 3 6 ( 3x -4 ) 1 2 x

= [ 4 3 ( 3x -4 ) 3 2 ] 13 3 29 3

= [ 4 3 ( 3x -4 ) 3 ] 13 3 29 3

= 4 3 ( 3( 29 3 ) -4 ) 3 - 4 3 ( 3( 13 3 ) -4 ) 3

= 4 3 ( 29 -4 ) 3 - 4 3 ( 13 -4 ) 3

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

= 4 3 5 3 - 4 3 3 3

= 4 3 125 - 4 3 27

= 500 3 -36

= 500 3 - 108 3

= 392 3


≈ 130,667
Der neue Bestand setzt sich aus dem Anfangsbestand bei 13 3 und der Änderung zwischen 13 3 und 29 3 zusammen:
B = 3 + 392 3 = 401 3 ≈ 133.67

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=2 sind 55 Bakterien vorhanden. Wie viele sind es nach 3 Minuten?

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

= [ e 2x -2 ] 2 3

= e 23 -2 - e 22 -2

= e 6 -2 - e 4 -2

= e 4 - e 2


≈ 47,209
Der neue Bestand setzt sich aus dem Anfangsbestand bei 2 und der Änderung zwischen 2 und 3 zusammen:
B = 55 + e 4 - e 2 ≈ 102.21

Integralfunktion - Gleichung

Beispiel:

Bestimme u > 0 so, dass 0 u 0,3 e 0,3x -0,5 x = 9

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0 u 0,3 e 0,3x -0,5 x

= [ e 0,3x -0,5 ] 0 u

= e 0,3u -0,5 - e 0,30 -0,5

= e 0,3u -0,5 - e 0 -0,5

= e 0,3u -0,5 - e -0,5

Diese Integralfunktion soll ja den Wert 9 annehmen, deswegen setzen wir sie gleich :

e 0,3u -0,5 - e -0,5 = 9 | + e -0,5
e 0,3u -0,5 = e -0,5 +9
e 0,3u -0,5 = 9,6065 |ln(⋅)
0,3u -0,5 = ln( 9,6065 )
0,3u -0,5 = 2,2624 | +0,5
0,3u = 2,7624 |:0,3
u = 9,208

Mittelwerte

Beispiel:

Bestimme den Mittelwert der Funktionswerte von f mit f(x)= 5 ( 2x -3 ) 2 zwischen 1 und 2.

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Wir berechnen den Mittelwert mit der üblichen Formel:

m = 1 2 -1 1 2 5 ( 2x -3 ) 2 x

= 1 [ 5 6 ( 2x -3 ) 3 ] 1 2

= 5 6 ( 22 -3 ) 3 - 5 6 ( 21 -3 ) 3

= 5 6 ( 4 -3 ) 3 - 5 6 ( 2 -3 ) 3

= 5 6 1 3 - 5 6 ( -1 ) 3

= 5 6 1 - 5 6 ( -1 )

= 5 6 + 5 6

= 5 3


≈ 1,667

uneigentliche Integrale

Beispiel:

Das Schaubild der Funktion f mit f(x)= - 1 2x -6 schließt mit der x-Achse, der Geraden x= 5 und der Geraden x=3 eine nach oben bzw. unten offene Fläche ein.
Untersuche, ob der Flächeninhalt endlich ist und bestimme in diesem Fall diesen Flächeninhalt.


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A(u)= u 5 - 1 2x -6 x
= u 5 - ( 2x -6 ) - 1 2 x

= [ - ( 2x -6 ) 1 2 ] u 5

= [ - 2x -6 ] u 5

= - 25 -6 + 2u -6

= - 10 -6 + 2u -6

= - 4 + 2u -6

= -2 + 2u -6

= 2u -6 -2

Für u → 3 (u>3, also von rechts) gilt: A(u) = 2u -6 -2 0 -2 = -2 ≈ -2

Für den Flächeninhalt (immer positiv) gilt also I = 2