Aufgabenbeispiele von Änderungsrate -> Bestand
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Integrale graphisch BF
Beispiel:
Den Zuwachs des Bestands (Wasser in einen Wassertank) 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 1): Dreiecksfläche I1 = = = 1.5.
I2 (von 1 bis 3):
Rechtecksfläche I2 = (3 - 1) ⋅
I3 (von 3 bis 5):
Trapezfläche I3 = (5 - 3) ⋅
= 2 ⋅
I4 (von 5 bis 6):
Rechtecksfläche I4 = (6 - 5) ⋅
I5 (von 6 bis 9):
Trapezfläche I5 = (9 - 6) ⋅
= 3 ⋅
Für den Zuwachs des Bestands (Wasser in einen Wassertank) zwischen 0 und 9 gilt somit:
Iges = 1.5
Integrale graphisch BF (mit Startwert)
Beispiel:
Den Zuwachs (bzw. die Abnahme) des Bestands (Wasser im Wassertank) zwischen 0 und 8 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 3):
Rechtecksfläche I1 = (3 - 0) ⋅
I2 (von 3 bis 5): Dreiecksfläche I2 = = = 2.
I3 (von 5 bis 8): Dreiecksfläche I3 = = = -4.5.
Für den Zuwachs (bzw. die Abnahme) des Bestands (Wasser im Wassertank) zwischen 0 und 8 gilt somit:
Iges = 6
Da zu Begin ja bereits 29 m³ vorhanden waren, sind es nun nach 8 min
I8 = 29 m³
Integrale graphisch BF (mit Endwert)
Beispiel:
Wie viele Personen wären nach diesem Modell bereits zum Zeitpunkt der Öffnung der Eingänge auf dem Festivalgelände gewesen, wenn nach 6 Sekunden 87 Personen anwesend sind?
Den Zuwachs des Bestands (Personen auf dem Festivalgelände) zwischen 0 und 6 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 3):
Rechtecksfläche I1 = (3 - 0) ⋅
I2 (von 3 bis 5):
Trapezfläche I2 = (5 - 3) ⋅
= 2 ⋅
I3 (von 5 bis 6):
Rechtecksfläche I3 = (6 - 5) ⋅
Für den Zuwachs des Bestands (Personen auf dem Festivalgelände) zwischen 0 und 6 gilt somit:
Iges = 9
Da ja nach 6 s 87 Personen vorhanden sind, und zwischen t=0 und t=6 insgesamt 24 Personen dazu kam,
müssen es zu Beginn
Istart =
87 Personen -
Min. und Maximum bei graph. Integral
Beispiel:
Im ersten Teil zwischen t=0 und t=6 nimmt der Bestand (Entfernung der Lok vom Bahnhof) ausschließlich ab, und zwar um:
IAbnahme =
I1 (von 0 bis 3):
Rechtecksfläche I1 = (3 - 0) ⋅
I2 (von 3 bis 6): Dreiecksfläche I2 = = = -4.5.
Somit nimmt der Bestand bis t=6 um -9
Weil danach der Bestand wieder ständig zunimmt, ist zum Zeitpunkt t=6 der minimale Bestand (Entfernung der Lok vom Bahnhof) erreicht mit:
Bmin = 45 cm
Die anschließende Zunahme lässt sich wieder über die Dreiecks-, Rechtecks- bzw. Trapezflächen berechnnen:
I3 (von 6 bis 9): Dreiecksfläche I3 = = = 6.
Damit ergibt sich am Ende des Beobachtungszeitraums ein Bestand (Entfernung der Lok vom Bahnhof) von Bend = 31.5 cm
Da dies nicht mehr ist als zu Beginn der Beobachtung (45 cm), ist der maximale Bestand (Entfernung der Lok vom Bahnhof) der Startwert:
Bmax = 45 cm
