Aufgabenbeispiele von Anwendungen

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Integralanwendungen BF

Beispiel:

Aus einem Wasserhahn läuft Wasser mit der Auslaufgeschwindigkeit f(x)= x -3 (in Liter pro Minute) in einen Wassertank. Nach 19 Minuten sind 12 Liter im Tank. Wieviel Liter sind nach 28 Minuten darin?

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Zuerst berechnen wir die Änderung des Bestands zwischen 19 und 28:
19 28 x -3 x
= 19 28 ( x -3 ) 1 2 x

= [ 2 3 ( x -3 ) 3 2 ] 19 28

= [ 2 3 ( x -3 ) 3 ] 19 28

= 2 3 ( 28 -3 ) 3 - 2 3 ( 19 -3 ) 3

= 2 3 ( 25 ) 3 - 2 3 ( 16 ) 3

= 2 3 5 3 - 2 3 4 3

= 2 3 125 - 2 3 64

= 250 3 - 128 3

= 122 3


≈ 40,667
Der neue Bestand setzt sich aus dem Anfangsbestand bei 19 und der Änderung zwischen 19 und 28 zusammen:
B = 12 + 122 3 = 158 3 ≈ 52.67

Integralanwendungen

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 18 Liter im Tank. Wieviel Liter sind nach 5 Minuten darin?

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Zuerst berechnen wir die Änderung des Bestands zwischen 2 und 5:
2 5 6 e x -1 x

= [ 6 e x -1 ] 2 5

= 6 e 5 -1 -6 e 2 -1

= 6 e 4 -6 e 1

= 6 e 4 -6e


≈ 311,279
Der neue Bestand setzt sich aus dem Anfangsbestand bei 2 und der Änderung zwischen 2 und 5 zusammen:
B = 18 + 6 e 4 -6e ≈ 329.28

Integralfunktion - Gleichung

Beispiel:

Bestimme u > 0 so, dass 0 u 4,5 e -0,5x +0,4 x = 9

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0 u 4,5 e -0,5x +0,4 x

= [ -9 e -0,5x +0,4 ] 0 u

= -9 e -0,5u +0,4 +9 e -0,50 +0,4

= -9 e -0,5u +0,4 +9 e 0 +0,4

= -9 e -0,5u +0,4 +9 e 0,4

Diese Integralfunktion soll ja den Wert 9 annehmen, deswegen setzen wir sie gleich :

-9 e -0,5u +0,4 +9 e 0,4 = 9 | -9 e 0,4
-9 e -0,5u +0,4 = -9 e 0,4 +9
-9 e -0,5u +0,4 = -4,4264 |:-9
e -0,5u +0,4 = 0,4918 |ln(⋅)
-0,5u +0,4 = ln( 0,4918 )
-0,5u +0,4 = -0,7097 | -0,4
-0,5u = -1,1097 |:(-0,5 )
u = 2,2194

Mittelwerte

Beispiel:

Die Menge eines Wirkstoffs im Blut eines Patienten kann zur Zeit x (in min) näherungsweise durch die Funktion f mit f(x)= 5 ( x -3 ) 2 +3x (in mg) beschrieben werden. Berechne die mittlere Wirkstoffmenge in mg zwischen Minute 0 und Minute 3.

Lösung einblenden

Wir berechnen den Mittelwert mit der üblichen Formel:

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

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

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

= 1 3 ( 5 3 0 3 + 3 2 9 - ( 5 3 ( -3 ) 3 + 3 2 0 ))

= 1 3 ( 5 3 0 + 27 2 - ( 5 3 ( -27 ) +0))

= 1 3 (0 + 27 2 - ( -45 +0))

= 1 3 (0 +13,5 +45 )

= 1 3 ( 13,5 +45 )

= 1 3 · 58,5

= 58.5 3


= 19,5

uneigentliche Integrale

Beispiel:

Das Schaubild der Funktion f mit f(x)= 2 -2x +2 schließt mit der x-Achse und der Geraden x=3 eine nach rechts offene Fläche ein.
Untersuche, ob der Flächeninhalt endlich ist und bestimme in diesem Fall diesen Flächeninhalt.


Lösung einblenden
A(u)= 3 u 2 -2x +2 x
= 3 u 2 ( -2x +2 ) -1 x

= [ - ln( | -2x +2 | ) ] 3 u

= - ln( | -2( u ) +2 | ) + ln( | -23 +2 | )

= - ln( | -2u +2 | ) + ln( | -6 +2 | )

= - ln( | -2u +2 | ) + ln( 4 )

Für u → ∞ gilt: A(u) = ln( 4 ) - ln( | -2x +2 | )