Aufgabenbeispiele von Anwendungen

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Integralanwendungen BF

Beispiel:

Aus einem Wasserhahn läuft Wasser mit der Auslaufgeschwindigkeit f(x)= 6 e x -1 (in Liter pro Minute) in einen Wassertank. Nach 2 Minuten sind 3 Liter im Tank. Wieviel Liter sind nach 4 Minuten darin?

Lösung einblenden
Zuerst berechnen wir die Änderung des Bestands zwischen 2 und 4:
2 4 6 e x -1 x

= [ 6 e x -1 ] 2 4

= 6 e 4 -1 -6 e 2 -1

= 6 e 3 -6 e 1

= 6 e 3 -6e


≈ 104,204
Der neue Bestand setzt sich aus dem Anfangsbestand bei 2 und der Änderung zwischen 2 und 4 zusammen:
B = 3 + 6 e 3 -6e ≈ 107.2

Integralanwendungen

Beispiel:

Bei einer Bakterienkultur geht man von einer Wachstumsrate von 2 e 3x -6 Bakterien pro Minute zur Zeit x (in Minuten) aus. Zu Zeitpunkt x=2 sind 23 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 3x -6 x

= [ 2 3 e 3x -6 ] 2 4

= 2 3 e 34 -6 - 2 3 e 32 -6

= 2 3 e 12 -6 - 2 3 e 6 -6

= 2 3 e 6 - 2 3 e 0

= 2 3 e 6 - 2 3


≈ 268,286
Der neue Bestand setzt sich aus dem Anfangsbestand bei 2 und der Änderung zwischen 2 und 4 zusammen:
B = 23 + 2 3 e 6 - 2 3 ≈ 291.29

Integralfunktion - Gleichung

Beispiel:

Bestimme u > 3 so, dass 3 u -6x x = -141,75

Lösung einblenden
3 u -6x x

= [ -3 x 2 ] 3 u

= -3 u 2 +3 3 2

= -3 u 2 +39

= -3 u 2 +27

Diese Integralfunktion soll ja den Wert -141,75 annehmen, deswegen setzen wir sie gleich :

-3 u 2 +27 = -141,75 | -27
-3 u 2 = -168,75 |: ( -3 )
u 2 = 56,25 | 2
u1 = - 56,25 = -7,5
u2 = 56,25 = 7,5

Da u= -7,5 < 3 ist u= 7,5 die einzige Lösung.

Mittelwerte

Beispiel:

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

Lösung einblenden

Wir berechnen den Mittelwert mit der üblichen Formel:

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

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

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

= 1 3 ( - 4 3( 36 -3 ) + 4 3( 33 -3 ) )

= 1 3 ( - 4 3( 18 -3 ) + 4 3( 9 -3 ) )

= 1 3 ( - 4 3 15 + 4 3 6 )

= 1 3 ( - 4 3 ( 1 15 ) + 4 3 ( 1 6 ) )

= 1 3 ( - 4 45 + 2 9 )

= 1 3 ( - 4 45 + 10 45 )

= 1 3 · 2 15

= 2 45


≈ 0,044

uneigentliche Integrale

Beispiel:

Das Schaubild der Funktion f mit f(x)= e -x +2 schließt mit der x-Achse und der y-Achse eine nach rechts offene Fläche ein.
Untersuche, ob der Flächeninhalt endlich ist und bestimme in diesem Fall diesen Flächeninhalt.


Lösung einblenden
A(u)= 0 u e -x +2 x

= [ - e -x +2 ] 0 u

= - e -u +2 + e -0 +2

= - e -u +2 + e 2

Für u → ∞ gilt: A(u) = - e -u +2 + e 2 0 + e 2 = e 2 ≈ 7.389

Für den Flächeninhalt (immer positiv) gilt also I = 7.389