Aufgabenbeispiele von Anwendungen

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Integralanwendungen BF

Beispiel:

Die Bewegungsgeschwindigkeit eines Körpers lässt sich nährungsweise durch die Funktion f mit f(x)= 3 ( x -1 ) 2 (in m/s, x in Sekunden) beschreiben. Nach 2s hat er bereits 10 m zurückgelegt. Wie weit ist er nach 3 Sekunden?

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

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

= [ - 3 x -1 ] 2 3

= - 3 3 -1 + 3 2 -1

= - 3 2 + 3 1

= -3( 1 2 ) +31

= - 3 2 +3

= -1,5 +3

= 1,5


= 1,5
Der neue Bestand setzt sich aus dem Anfangsbestand bei 2 und der Änderung zwischen 2 und 3 zusammen:
B = 10 + 3 2 = 23 2 ≈ 11.5

Integralanwendungen

Beispiel:

Aus einem Wasserhahn läuft Wasser mit der Auslaufgeschwindigkeit f(x)= 5 e x -2 (in Liter pro Minute) in einen Wassertank. Nach 1 Minuten sind 13 Liter im Tank. Wieviel Liter sind nach 3 Minuten darin?

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

= [ 5 e x -2 ] 1 3

= 5 e 3 -2 -5 e 1 -2

= 5 e 1 -5 e -1

= 5e -5 e -1


≈ 11,752
Der neue Bestand setzt sich aus dem Anfangsbestand bei 1 und der Änderung zwischen 1 und 3 zusammen:
B = 13 + -5 e -1 +5e ≈ 24.75

Integralfunktion - Gleichung

Beispiel:

Bestimme u > 3 so, dass 3 u 4x x = 126,5

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 126,5 annehmen, deswegen setzen wir sie gleich :

2 u 2 -18 = 126,5 | +18
2 u 2 = 144,5 |:2
u 2 = 72,25 | 2
u1 = - 72,25 = -8,5
u2 = 72,25 = 8,5

Da u= -8,5 < 3 ist u= 8,5 die einzige Lösung.

Mittelwerte

Beispiel:

Die Temperatur an einem Wintertag kann näherungsweise durch die Funktion f mit f(x)= 6 cos( 2x + 3 2 π) beschrieben werden. Bestimme die Durchschnittstemperatur zwischen 1 2 π und π .

Lösung einblenden

Wir berechnen den Mittelwert mit der üblichen Formel:

m = 1 π - 1 2 π 1 2 π π 6 cos( 2x + 3 2 π) x

= 2 π [ 3 sin( 2x + 3 2 π) ] 1 2 π π

= 2 π · ( 3 sin( 2π + 3 2 π) -3 sin( 2( 1 2 π ) + 3 2 π) )

= 2 π · ( 3 sin( 7 2 π) -3 sin( 5 2 π) )

= 2 π · ( 3( -1 ) -31 )

= 2 π · ( -3 -3 )

= 2 π · ( -6 )

= - 12 π


≈ -3,82

uneigentliche Integrale

Beispiel:

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

= [ - 3 2 x -2 ] u 2

= [ - 3 2 x 2 ] u 2

= - 3 2 2 2 + 3 2 u 2

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

= - 3 8 + 3 2 u 2

Für u → 0 (u>0, also von rechts) gilt: A(u) = - 3 8 + 3 2 u 2