Aufgabenbeispiele von Anwendungen

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Integralanwendungen BF

Beispiel:

Die Bewegungsgeschwindigkeit eines Körpers lässt sich nährungsweise durch die Funktion f mit f(x)= 6 ( 2x -1 ) 3 (in m/s, x in Sekunden) beschreiben. Nach 2s hat er bereits 19 m zurückgelegt. Wie weit ist er nach 3 Sekunden?

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

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

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

= - 3 2 ( 23 -1 ) 2 + 3 2 ( 22 -1 ) 2

= - 3 2 ( 6 -1 ) 2 + 3 2 ( 4 -1 ) 2

= - 3 2 5 2 + 3 2 3 2

= - 3 2 ( 1 25 ) + 3 2 ( 1 9 )

= - 3 50 + 1 6

= - 9 150 + 25 150

= 8 75


≈ 0,107
Der neue Bestand setzt sich aus dem Anfangsbestand bei 2 und der Änderung zwischen 2 und 3 zusammen:
B = 19 + 8 75 = 1433 75 ≈ 19.11

Integralanwendungen

Beispiel:

Aus einem Wasserhahn läuft Wasser mit der Auslaufgeschwindigkeit f(x)= 3 2x -3 (in Liter pro Minute) in einen Wassertank. Nach 7 2 Minuten sind 15 Liter im Tank. Wieviel Liter sind nach 19 2 Minuten darin?

Lösung einblenden
Zuerst berechnen wir die Änderung des Bestands zwischen 7 2 und 19 2 :
7 2 19 2 3 2x -3 x
= 7 2 19 2 3 ( 2x -3 ) 1 2 x

= [ ( 2x -3 ) 3 2 ] 7 2 19 2

= [ ( 2x -3 ) 3 ] 7 2 19 2

= ( 2( 19 2 ) -3 ) 3 - ( 2( 7 2 ) -3 ) 3

= ( 19 -3 ) 3 - ( 7 -3 ) 3

= ( 16 ) 3 - ( 4 ) 3

= 4 3 - 2 3

= 64 - 8

= 56

Der neue Bestand setzt sich aus dem Anfangsbestand bei 7 2 und der Änderung zwischen 7 2 und 19 2 zusammen:
B = 15 + 56 = 71

Integralfunktion - Gleichung

Beispiel:

Bestimme u > 3 so, dass 3 u 4x x = 32

Lösung einblenden
3 u 4x x

= [ 2 x 2 ] 3 u

= 2 u 2 -2 3 2

= 2 u 2 -29

= 2 u 2 -18

Diese Integralfunktion soll ja den Wert 32 annehmen, deswegen setzen wir sie gleich :

2 u 2 -18 = 32 | +18
2 u 2 = 50 |:2
u 2 = 25 | 2
u1 = - 25 = -5
u2 = 25 = 5

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

Mittelwerte

Beispiel:

Die Menge an Wasser in einem Wassertank zur Zeit x (in min) kann näherungsweise durch die Funktion f mit f(x)= 5 ( 2x -2 ) 3 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 5 ( 2x -2 ) 3 x

= 1 2 [ 5 8 ( 2x -2 ) 4 ] 0 2

= 1 2 ( 5 8 ( 22 -2 ) 4 - 5 8 ( 20 -2 ) 4 )

= 1 2 ( 5 8 ( 4 -2 ) 4 - 5 8 ( 0 -2 ) 4 )

= 1 2 ( 5 8 2 4 - 5 8 ( -2 ) 4 )

= 1 2 ( 5 8 16 - 5 8 16 )

= 1 2 ( 10 -10 )

= 1 2 · 0

= 0

uneigentliche Integrale

Beispiel:

Das Schaubild der Funktion f mit f(x)= 3 x -2 schließt mit der x-Achse und der Geraden x=18 eine nach rechts offene Fläche ein.
Untersuche, ob der Flächeninhalt endlich ist und bestimme in diesem Fall diesen Flächeninhalt.


Lösung einblenden
A(u)= 18 u 3 x -2 x
= 18 u 3 ( x -2 ) - 1 2 x

= [ 6 ( x -2 ) 1 2 ] 18 u

= [ 6 x -2 ] 18 u

= 6 u -2 -6 18 -2

= 6 u -2 -6 16

= 6 u -2 -64

= 6 u -2 -24

Für u → ∞ gilt: A(u) = 6 u -2 -24