Aufgabenbeispiele von Anwendungen

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Integralanwendungen BF

Beispiel:

Die Bewegungsgeschwindigkeit eines Körpers lässt sich nährungsweise durch die Funktion f mit f(x)= 4 3x -5 (in m/s, x in Sekunden) beschreiben. Nach 7 s hat er bereits 2 m zurückgelegt. Wie weit ist er nach 10 Sekunden?

Lösung einblenden
Zuerst berechnen wir die Änderung des Bestands zwischen 7 und 10:
7 10 4 3x -5 x
= 7 10 4 ( 3x -5 ) 1 2 x

= [ 8 9 ( 3x -5 ) 3 2 ] 7 10

= [ 8 9 ( 3x -5 ) 3 ] 7 10

= 8 9 ( 310 -5 ) 3 - 8 9 ( 37 -5 ) 3

= 8 9 ( 30 -5 ) 3 - 8 9 ( 21 -5 ) 3

= 8 9 ( 25 ) 3 - 8 9 ( 16 ) 3

= 8 9 5 3 - 8 9 4 3

= 8 9 125 - 8 9 64

= 1000 9 - 512 9

= 488 9


≈ 54,222
Der neue Bestand setzt sich aus dem Anfangsbestand bei 7 und der Änderung zwischen 7 und 10 zusammen:
B = 2 + 488 9 = 506 9 ≈ 56.22

Integralanwendungen

Beispiel:

Die Bewegungsgeschwindigkeit eines Körpers lässt sich nährungsweise durch die Funktion f mit f(x)= 5 ( x -1 ) 2 (in m/s, x in Sekunden) beschreiben. Nach 2s hat er bereits 5 m zurückgelegt. Wie weit ist er nach 3 Sekunden?

Lösung einblenden
Zuerst berechnen wir die Änderung des Bestands zwischen 2 und 3:
2 3 5 ( x -1 ) 2 x
= 2 3 5 ( x -1 ) -2 x

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

= [ - 5 x -1 ] 2 3

= - 5 3 -1 + 5 2 -1

= - 5 2 + 5 1

= -5( 1 2 ) +51

= - 5 2 +5

= -2,5 +5

= 2,5


= 2,5
Der neue Bestand setzt sich aus dem Anfangsbestand bei 2 und der Änderung zwischen 2 und 3 zusammen:
B = 5 + 5 2 = 15 2 ≈ 7.5

Integralfunktion - Gleichung

Beispiel:

Bestimme u > 0 so, dass 0 u 0,9 e 0,3x -0,2 x = 20

Lösung einblenden
0 u 0,9 e 0,3x -0,2 x

= [ 3 e 0,3x -0,2 ] 0 u

= 3 e 0,3u -0,2 -3 e 0,30 -0,2

= 3 e 0,3u -0,2 -3 e 0 -0,2

= 3 e 0,3u -0,2 -3 e -0,2

Diese Integralfunktion soll ja den Wert 20 annehmen, deswegen setzen wir sie gleich :

3 e 0,3u -0,2 -3 e -0,2 = 20 | +3 e -0,2
3 e 0,3u -0,2 = 3 e -0,2 +20
3 e 0,3u -0,2 = 22,4562 |:3
e 0,3u -0,2 = 7,4854 |ln(⋅)
0,3u -0,2 = ln( 7,4854 )
0,3u -0,2 = 2,013 | +0,2
0,3u = 2,213 |:0,3
u = 7,3767

Mittelwerte

Beispiel:

Bestimme den Mittelwert der Funktionswerte von f mit f(x)= 2 x -2 zwischen 4 und 7.

Lösung einblenden

Wir berechnen den Mittelwert mit der üblichen Formel:

m = 1 7 -4 4 7 2 x -2 x
= 1 3 4 7 2 ( x -2 ) -1 x

= 1 3 [ 2 ln( | x -2 | ) ] 4 7

= 1 3 (2 ln( | 7 -2 | ) -2 ln( | 4 -2 | ) )

= 1 3 (2 ln( 5 ) -2 ln( | 4 -2 | ) )

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


≈ 0,611

uneigentliche Integrale

Beispiel:

Das Schaubild der Funktion f mit f(x)= 1 2x -6 schließt mit der x-Achse, der Geraden x= 3,5 und der Geraden x=3 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 3,5 1 2x -6 x
= u 3,5 ( 2x -6 ) - 1 2 x

= [ ( 2x -6 ) 1 2 ] u 3,5

= [ 2x -6 ] u 3,5

= 23,5 -6 - 2u -6

= 7 -6 - 2u -6

= 1 - 2u -6

= 1 - 2u -6

= - 2u -6 +1

Für u → 3 (u>3, also von rechts) gilt: A(u) = - 2u -6 +1 0 +1 = 1 ≈ 1

Für den Flächeninhalt (immer positiv) gilt also I = 1