Aufgabenbeispiele von Änderungsrate -> Bestand

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Integrale graphisch BF

Beispiel:

Du hast entweder einen veralteten Browser oder Javascript ausgeschaltet. Deswegen kannst du leider das Schaubild nicht sehen :(
Im Schaubild sieht man den Graph der Geschwindigkeit einer Modelleisenbahn (f(t) in cm/s, t in Sekunden nach Beobachtungsbeginn). Wie weit (in cm) ist die Modelleisenbahn zwischen t=2 Sekunden und t=10 Sekunden gefahren?

Lösung einblenden

Den Zuwachs des Bestands (zurückgelegte Strecke der Modelleisenbahn) zwischen 2 und 10 können wir durch den orientierten (mit Vorzeichen behafteten) Inhalt der Fläche zwischen dem Graph und der x-Achse ablesen (bzw. berechnen).

Dazu unterteilen wir die Fläche in Rechtecke, Parallelogrammen und ggf. Dreiecke:

I2 (von 2 bis 5): Dreiecksfläche I2 = (5 - 2) ⋅ 4 2 = 12 2 = 6.

I3 (von 5 bis 6): keine Fläche in diesem Abschnitt, also I = 0.

I4 (von 6 bis 8): Dreiecksfläche I4 = (8 - 6) ⋅ 1 2 = 2 2 = 1.

I5 (von 8 bis 10): Rechtecksfläche I5 = (10 - 8) ⋅ 1 = 2 ⋅ 1 = 2.

Für den Zuwachs des Bestands (zurückgelegte Strecke der Modelleisenbahn) zwischen 2 und 10 gilt somit:

Iges = 6 +0 +1 +2 = 9

Integrale graphisch BF (mit Startwert)

Beispiel:

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Im Schaubild sieht man den Graph der Geschwindigkeit einer Modelleisenbahn (f(t) in cm/s, t in Sekunden nach Beobachtungsbeginn). Negative Geschwindigkeiten bedeuten, dass die Lok rückwärts fährt. Bei Beobachtungsbeginn ist die Lok nach Verlassen des Bahnhofs 51 cm vom Bahnhof entfernt. Wie weit (in cm) ist die Modelleisenbahn nach t=9 Sekunden vom Bahnhof entfernt?

Lösung einblenden

Den Zuwachs (bzw. die Abnahme) des Bestands (Entfernung der Lok vom Bahnhof) zwischen 0 und 9 können wir durch den orientierten (mit Vorzeichen behafteten) Inhalt der Fläche zwischen dem Graph und der x-Achse ablesen (bzw. berechnen).

Dazu unterteilen wir die Fläche in Rechtecke, Parallelogrammen und ggf. Dreiecke:

I1 (von 0 bis 2): Rechtecksfläche I1 = (2 - 0) ⋅ 2 = 2 ⋅ 2 = 4.

I2 (von 2 bis 4): Dreiecksfläche I2 = (4 - 2) ⋅ 2 2 = 4 2 = 2.

I3 (von 4 bis 6): Dreiecksfläche I3 = (6 - 4) ⋅ ( - 4 ) 2 = -8 2 = -4.

I4 (von 6 bis 9): Rechtecksfläche I4 = (9 - 6) ⋅ ( - 4 ) = 3 ⋅ ( - 4 ) = -12.

Für den Zuwachs (bzw. die Abnahme) des Bestands (Entfernung der Lok vom Bahnhof) zwischen 0 und 9 gilt somit:

Iges = 4 +2 -4 -12 = -10

Da zu Begin ja bereits 51 cm vorhanden waren, sind es nun nach 9 s
I9 = 51 cm -10 cm = 41 cm .

Integrale graphisch BF (mit Endwert)

Beispiel:

Du hast entweder einen veralteten Browser oder Javascript ausgeschaltet. Deswegen kannst du leider das Schaubild nicht sehen :(
Im Schaubild sieht man den Graph der Geschwindigkeit einer Modelleisenbahn (f(t) in cm/s, t in Sekunden nach Beobachtungsbeginn). Negative Geschwindigkeiten bedeuten, dass die Lok rückwärts fährt. Wie weit (in cm) war die Modelleisenbahn bei Beobachtungsbeginn vom Bahnhof entfernt, wenn sie nach t=10 Sekunden bereits 53 cm vom Bahnhof entfernt war ?

Lösung einblenden

Den Zuwachs (bzw. die Abnahme) des Bestands (Entfernung der Lok vom Bahnhof) zwischen 0 und 10 können wir durch den orientierten (mit Vorzeichen behafteten) Inhalt der Fläche zwischen dem Graph und der x-Achse ablesen (bzw. berechnen).

Dazu unterteilen wir die Fläche in Rechtecke, Parallelogrammen und ggf. Dreiecke:

I1 (von 0 bis 2): Dreiecksfläche I1 = (2 - 0) ⋅ 3 2 = 6 2 = 3.

I2 (von 2 bis 4): Dreiecksfläche I2 = (4 - 2) ⋅ ( - 3 ) 2 = -6 2 = -3.

I3 (von 4 bis 6): Rechtecksfläche I3 = (6 - 4) ⋅ ( - 3 ) = 2 ⋅ ( - 3 ) = -6.

I4 (von 6 bis 8): Trapezfläche I4 = (8 - 6) ⋅ -3 + ( - 4 ) 2 = 2 ⋅ ( - 3.5 ) = -7.

I5 (von 8 bis 10): Rechtecksfläche I5 = (10 - 8) ⋅ ( - 4 ) = 2 ⋅ ( - 4 ) = -8.

Für den Zuwachs (bzw. die Abnahme) des Bestands (Entfernung der Lok vom Bahnhof) zwischen 0 und 10 gilt somit:

Iges = 3 -3 -6 -7 -8 = -21

Da ja nach 10 s 53 cm vorhanden sind, und zwischen t=0 und t=10 insgesamt -21 cm dazu, also 21 cm weg kam, müssen es zu Beginn
Istart = 53 cm - ( - 21 ) cm = 74 cm gewesen sein.

Min. und Maximum bei graph. Integral

Beispiel:

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Im Schaubild sieht man den Graph der Zu- bzw. Abflussrate von Wasser in einen Wassertank (f(t) in m³/min, t in Minuten nach Beobachtungsbeginn). Zu Beginn der Beobachtung (t=0) sind 56m³ Wasser im Tank. Bestimme die maximale und die minimale Wassermenge im Tank im abgebildeten Zeitraum zwischen t=0 und t=8 Minuten.

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Im ersten Teil zwischen t=0 und t=2 nimmt der Bestand (Wasser im Wassertank) ausschließlich zu, und zwar um:

IZunahme =

I1 (von 0 bis 2): Dreiecksfläche I1 = (2 - 0) ⋅ 3 2 = 6 2 = 3.

Somit nimmt der Bestand bis t=2 um 3 zu.

Weil danach der Bestand wieder ständig abnimmt, ist zum Zeitpunkt t=2 der maximale Bestand (Wasser im Wassertank) erreicht mit:
Bmax = 56 m³ +3 m³ = 59 m³.

Die anschließende Abnahme lässt sich wieder über die Dreiecks-, Rechtecks- bzw. Trapezflächen berechnnen:

I2 (von 2 bis 5): Dreiecksfläche I2 = (5 - 2) ⋅ ( - 1 ) 2 = -3 2 = -1.5.

I3 (von 5 bis 8): Rechtecksfläche I3 = (8 - 5) ⋅ ( - 1 ) = 3 ⋅ ( - 1 ) = -3.

Damit ergibt sich am Ende des Beobachtungszeitraums ein Bestand (Wasser im Wassertank) von Bend = 59 m³ -4.5 m³ = 54.5 m³.

Da dies weniger ist als zu Beginn der Beobachtung (56 m³), ist dies der minimale Bestand(Wasser im Wassertank):
Bmin = 54.5 m³