Aufgabenbeispiele von Anwendungen

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Integralanwendungen BF

Beispiel:

Aus einem Wasserhahn läuft Wasser mit der Auslaufgeschwindigkeit f(x)= 4 e 2x -3 (in Liter pro Minute) in einen Wassertank. Nach 1 Minuten sind 19 Liter im Tank. Wieviel Liter sind nach 3 Minuten darin?

Lösung einblenden
Zuerst berechnen wir die Änderung des Bestands zwischen 1 und 3:
1 3 4 e 2x -3 x

= [ 2 e 2x -3 ] 1 3

= 2 e 23 -3 -2 e 21 -3

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

= 2 e 3 -2 e -1


≈ 39,435
Der neue Bestand setzt sich aus dem Anfangsbestand bei 1 und der Änderung zwischen 1 und 3 zusammen:
B = 19 + 2 e 3 -2 e -1 ≈ 58.44

Integralanwendungen

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=1 sind 36 Bakterien vorhanden. Wie viele sind es nach 4 Minuten?

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

= [ e x -3 ] 1 4

= e 4 -3 - e 1 -3

= e 1 - e -2

= e - e -2


≈ 2,583
Der neue Bestand setzt sich aus dem Anfangsbestand bei 1 und der Änderung zwischen 1 und 4 zusammen:
B = 36 + - e -2 + e ≈ 38.58

Integralfunktion - Gleichung

Beispiel:

Bestimme u > 3 so, dass 3 u -4x x = -202,5

Lösung einblenden
3 u -4x x

= [ -2 x 2 ] 3 u

= -2 u 2 +2 3 2

= -2 u 2 +29

= -2 u 2 +18

Diese Integralfunktion soll ja den Wert -202,5 annehmen, deswegen setzen wir sie gleich :

-2 u 2 +18 = -202,5 | -18
-2 u 2 = -220,5 |: ( -2 )
u 2 = 110,25 | 2
u1 = - 110,25 = -10,5
u2 = 110,25 = 10,5

Da u= -10,5 < 3 ist u= 10,5 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 ( 2x -4 ) 3 beschrieben werden. Wieviel Wasser sind während der ersten 3 Minuten durchschnittlich im Tank?

Lösung einblenden

Wir berechnen den Mittelwert mit der üblichen Formel:

m = 1 3 +0 0 3 2 ( 2x -4 ) 3 x

= 1 3 [ 1 4 ( 2x -4 ) 4 ] 0 3

= 1 3 ( 1 4 ( 23 -4 ) 4 - 1 4 ( 20 -4 ) 4 )

= 1 3 ( 1 4 ( 6 -4 ) 4 - 1 4 ( 0 -4 ) 4 )

= 1 3 ( 1 4 2 4 - 1 4 ( -4 ) 4 )

= 1 3 ( 1 4 16 - 1 4 256 )

= 1 3 ( 4 -64 )

= 1 3 · ( -60 )

= -20

uneigentliche Integrale

Beispiel:

Das Schaubild der Funktion f mit f(x)= 3 x -1 schließt mit der x-Achse und der Geraden x=17 eine nach rechts offene Fläche ein.
Untersuche, ob der Flächeninhalt endlich ist und bestimme in diesem Fall diesen Flächeninhalt.


Lösung einblenden
A(u)= 17 u 3 x -1 x
= 17 u 3 ( x -1 ) - 1 2 x

= [ 6 ( x -1 ) 1 2 ] 17 u

= [ 6 x -1 ] 17 u

= 6 u -1 -6 17 -1

= 6 u -1 -6 16

= 6 u -1 -64

= 6 u -1 -24

Für u → ∞ gilt: A(u) = 6 u -1 -24