Aufgabenbeispiele von Anwendungen

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Integralanwendungen BF

Beispiel:

Bei einer Bakterienkultur geht man von einer Wachstumsrate von 3 e 3x -4 Bakterien pro Minute zur Zeit x (in Minuten) aus. Zu Zeitpunkt x=2 sind 47 Bakterien vorhanden. Wie viele sind es nach 4 Minuten?

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

= [ e 3x -4 ] 2 4

= e 34 -4 - e 32 -4

= e 12 -4 - e 6 -4

= e 8 - e 2


≈ 2973,569
Der neue Bestand setzt sich aus dem Anfangsbestand bei 2 und der Änderung zwischen 2 und 4 zusammen:
B = 47 + e 8 - e 2 ≈ 3020.57

Integralanwendungen

Beispiel:

Die Bewegungsgeschwindigkeit eines Körpers lässt sich nährungsweise durch die Funktion f mit f(x)= 3x -6 (in m/s, x in Sekunden) beschreiben. Nach 5 s hat er bereits 18 m zurückgelegt. Wie weit ist er nach 22 3 Sekunden?

Lösung einblenden
Zuerst berechnen wir die Änderung des Bestands zwischen 5 und 22 3 :
5 22 3 3x -6 x
= 5 22 3 ( 3x -6 ) 1 2 x

= [ 2 9 ( 3x -6 ) 3 2 ] 5 22 3

= [ 2 9 ( 3x -6 ) 3 ] 5 22 3

= 2 9 ( 3( 22 3 ) -6 ) 3 - 2 9 ( 35 -6 ) 3

= 2 9 ( 22 -6 ) 3 - 2 9 ( 15 -6 ) 3

= 2 9 ( 16 ) 3 - 2 9 ( 9 ) 3

= 2 9 4 3 - 2 9 3 3

= 2 9 64 - 2 9 27

= 128 9 -6

= 128 9 - 54 9

= 74 9


≈ 8,222
Der neue Bestand setzt sich aus dem Anfangsbestand bei 5 und der Änderung zwischen 5 und 22 3 zusammen:
B = 18 + 74 9 = 236 9 ≈ 26.22

Integralfunktion - Gleichung

Beispiel:

Bestimme u > 0 so, dass 0 u ( 8x +1 ) x = 52,5

Lösung einblenden
0 u ( 8x +1 ) x

= [ 4 x 2 + x ] 0 u

= 4 u 2 + u - ( 4 0 2 +0)

= 4 u 2 + u - ( 40 +0)

= 4 u 2 + u - (0+0)

= 4 u 2 + u +0

= 4 u 2 + u

Diese Integralfunktion soll ja den Wert 52,5 annehmen, deswegen setzen wir sie gleich :

4 u 2 + u = 52,5 | -52,5

4 u 2 + u -52,5 = 0

eingesetzt in die Mitternachtsformel (a-b-c-Formel):

u1,2 = -1 ± 1 2 -4 · 4 · ( -52,5 ) 24

u1,2 = -1 ± 1 +840 8

u1,2 = -1 ± 841 8

u1 = -1 + 841 8 = -1 +29 8 = 28 8 = 3,5

u2 = -1 - 841 8 = -1 -29 8 = -30 8 = -3,75

Da u= -3,75 < 0 ist u= 3,5 die einzige Lösung.

Mittelwerte

Beispiel:

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

Lösung einblenden

Wir berechnen den Mittelwert mit der üblichen Formel:

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

= 2 π [ sin( 2x + 1 2 π) ] 1 2 π π

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

= 2 π · ( sin( 5 2 π) - sin( 3 2 π) )

= 2 π · ( 1 - ( -1 ) )

= 2 π · ( 1 +1 )

= 2 π · 2

= 4 π


≈ 1,273

uneigentliche Integrale

Beispiel:

Das Schaubild der Funktion f mit f(x)= - 1 x -1 schließt mit der x-Achse, der Geraden x= 10 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 10 - 1 x -1 x
= u 10 - ( x -1 ) - 1 2 x

= [ -2 ( x -1 ) 1 2 ] u 10

= [ -2 x -1 ] u 10

= -2 10 -1 +2 u -1

= -2 9 +2 u -1

= -23 +2 u -1

= -6 +2 u -1

Für u → 1 (u>1, also von rechts) gilt: A(u) = 2 u -1 -6 0 -6 = -6 ≈ -6

Für den Flächeninhalt (immer positiv) gilt also I = 6