Aufgabenbeispiele von Anwendungen

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Integralanwendungen BF

Beispiel:

Die Bewegungsgeschwindigkeit eines Körpers lässt sich nährungsweise durch die Funktion f mit f(x)= 5 x -1 (in m/s, x in Sekunden) beschreiben. Nach 10 s hat er bereits 18 m zurückgelegt. Wie weit ist er nach 17 Sekunden?

Lösung einblenden
Zuerst berechnen wir die Änderung des Bestands zwischen 10 und 17:
10 17 5 x -1 x
= 10 17 5 ( x -1 ) 1 2 x

= [ 10 3 ( x -1 ) 3 2 ] 10 17

= [ 10 3 ( x -1 ) 3 ] 10 17

= 10 3 ( 17 -1 ) 3 - 10 3 ( 10 -1 ) 3

= 10 3 ( 16 ) 3 - 10 3 ( 9 ) 3

= 10 3 4 3 - 10 3 3 3

= 10 3 64 - 10 3 27

= 640 3 -90

= 640 3 - 270 3

= 370 3


≈ 123,333
Der neue Bestand setzt sich aus dem Anfangsbestand bei 10 und der Änderung zwischen 10 und 17 zusammen:
B = 18 + 370 3 = 424 3 ≈ 141.33

Integralanwendungen

Beispiel:

Aus einem Wasserhahn läuft Wasser mit der Auslaufgeschwindigkeit f(x)= 5 e x -3 (in Liter pro Minute) in einen Wassertank. Nach 0 Minuten sind 17 Liter im Tank. Wieviel Liter sind nach 2 Minuten darin?

Lösung einblenden
Zuerst berechnen wir die Änderung des Bestands zwischen 0 und 2:
0 2 5 e x -3 x

= [ 5 e x -3 ] 0 2

= 5 e 2 -3 -5 e 0 -3

= 5 e -1 -5 e -3


≈ 1,59
Der neue Bestand setzt sich aus dem Anfangsbestand bei 0 und der Änderung zwischen 0 und 2 zusammen:
B = 17 + 5 e -1 -5 e -3 ≈ 18.59

Integralfunktion - Gleichung

Beispiel:

Bestimme u > 0 so, dass 0 u 1,2 e 0,3x -0,3 x = 19

Lösung einblenden
0 u 1,2 e 0,3x -0,3 x

= [ 4 e 0,3x -0,3 ] 0 u

= 4 e 0,3u -0,3 -4 e 0,30 -0,3

= 4 e 0,3u -0,3 -4 e 0 -0,3

= 4 e 0,3u -0,3 -4 e -0,3

Diese Integralfunktion soll ja den Wert 19 annehmen, deswegen setzen wir sie gleich :

4 e 0,3u -0,3 -4 e -0,3 = 19 | +4 e -0,3
4 e 0,3u -0,3 = 4 e -0,3 +19
4 e 0,3u -0,3 = 21,9633 |:4
e 0,3u -0,3 = 5,4908 |ln(⋅)
0,3u -0,3 = ln( 5,4908 )
0,3u -0,3 = 1,7031 | +0,3
0,3u = 2,0031 |:0,3
u = 6,677

Mittelwerte

Beispiel:

Die Menge an Wasser in einem Wassertank zur Zeit x (in min) kann näherungsweise durch die Funktion f mit f(x)= 3 ( 2x -5 ) 2 beschrieben werden. Wieviel Wasser sind während der ersten 2 Minuten durchschnittlich im Tank?

Lösung einblenden

Wir berechnen den Mittelwert mit der üblichen Formel:

m = 1 2 +0 0 2 3 ( 2x -5 ) 2 x

= 1 2 [ 1 2 ( 2x -5 ) 3 ] 0 2

= 1 2 ( 1 2 ( 22 -5 ) 3 - 1 2 ( 20 -5 ) 3 )

= 1 2 ( 1 2 ( 4 -5 ) 3 - 1 2 ( 0 -5 ) 3 )

= 1 2 ( 1 2 ( -1 ) 3 - 1 2 ( -5 ) 3 )

= 1 2 ( 1 2 ( -1 ) - 1 2 ( -125 ) )

= 1 2 ( - 1 2 + 125 2 )

= 1 2 ( -0,5 +62,5 )

= 1 2 · 62

= 31

uneigentliche Integrale

Beispiel:

Das Schaubild der Funktion f mit f(x)= 3 x -2 schließt mit der x-Achse, der Geraden x= 6 und der Geraden x=2 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 6 3 x -2 x
= u 6 3 ( x -2 ) - 1 2 x

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

= [ 6 x -2 ] u 6

= 6 6 -2 -6 u -2

= 6 4 -6 u -2

= 62 -6 u -2

= 12 -6 u -2

Für u → 2 (u>2, also von rechts) gilt: A(u) = -6 u -2 +12 0 +12 = 12 ≈ 12

Für den Flächeninhalt (immer positiv) gilt also I = 12