Integralanwendungen BF
Beispiel:
Aus einem Wasserhahn läuft Wasser mit der Auslaufgeschwindigkeit f(x)= (in Liter pro Minute) in einen Wassertank. Nach 3 Minuten sind 16 Liter im Tank. Wieviel Liter sind nach 5 Minuten darin?
Lösung einblenden
Zuerst berechnen wir die Änderung des Bestands zwischen 3 und 5:
=
=
=
=
=
=
=
=
≈ 1,333
Der neue Bestand setzt sich aus dem Anfangsbestand bei 3 und der Änderung zwischen 3 und 5
zusammen:
B = 16 + = ≈ 17.33
Integralanwendungen
Beispiel:
Die Bewegungsgeschwindigkeit eines Körpers lässt sich nährungsweise durch die Funktion f mit f(x)= (in m/s, x in Sekunden) beschreiben. Nach 3s hat er bereits 17 m zurückgelegt. Wie weit ist er nach 4 Sekunden?
Lösung einblenden
Zuerst berechnen wir die Änderung des Bestands zwischen 3 und 4:
=
=
=
3
ln(
|
4
-2
|
)
-3
ln(
|
3
-2
|
)
=
3
ln(
2
)
-3
ln(
|
3
-2
|
)
=
3
ln(
2
)
-3
ln(
1
)
=
3
ln(
2
)
+0
=
3
ln(
2
)
≈ 2,079
Der neue Bestand setzt sich aus dem Anfangsbestand bei 3 und der Änderung zwischen 3 und 4
zusammen:
B = 17 +
3
ln(
2
)
≈ 19.08
Integralfunktion - Gleichung
Beispiel:
Bestimme u > 3 so, dass ∫ 3 u ( 8x +5 ) ⅆ x = 245
Lösung einblenden
∫
3
u
(
8x
+5
)
ⅆ
x
=
[
4
x
2
+5x
]
3
u
=
4
u
2
+5u
- (
4⋅
3
2
+5⋅3
)
=
4
u
2
+5u
- (
4⋅9
+15
)
=
4
u
2
+5u
- (
36
+15
)
=
4
u
2
+5u
-1
·
51
=
4
u
2
+5u
-51
|
4
u
2
+5u
-51
|
= |
245
|
|
-245
|
4
u
2
+5u
-296
= 0
u1,2 =
-5 ±
5
2
-4 ·
4
·
(
-296
)
2⋅4
u1,2 =
-5 ±
25
+4736
8
u1,2 =
-5 ±
4761
8
u1 =
-5
+
4761
8
=
-5
+69
8
=
64
8
=
8
u2 =
-5
-
4761
8
=
-5
-69
8
=
-74
8
=
-9,25
Da u=
-9,25
< 3 ist u=
8
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 ( 3x -4 ) 2 +3x beschrieben werden. Wieviel Wasser sind während der ersten 1 Minuten durchschnittlich im Tank?
Lösung einblenden
Wir berechnen den Mittelwert mit der üblichen Formel:
m =
1
1
+0
∫
0
1
(
5
(
3x
-4
)
2
+3x
)
ⅆ
x
=
1
[
5
9
(
3x
-4
)
3
+
3
2
x
2
]
0
1
=
5
9
⋅
(
3⋅1
-4
)
3
+
3
2
⋅
1
2
- (
5
9
⋅
(
3⋅0
-4
)
3
+
3
2
⋅
0
2
)
=
5
9
⋅
(
3
-4
)
3
+
3
2
⋅1
- (
5
9
⋅
( 0
-4
)
3
+
3
2
⋅0
)
=
5
9
⋅
( -1 )
3
+
3
2
- (
5
9
⋅
( -4 )
3
+0)
=
5
9
⋅( -1 )
+
3
2
- (
5
9
⋅( -64 )
+0)
=
-
5
9
+
3
2
- (
-
320
9
+0)
=
-
10
18
+
27
18
- (
-
320
9
+0)
=
17
18
+
320
9
=
17
18
+
640
18
=
17
18
+
320
9
=
73
2
= 36,5
uneigentliche Integrale
Beispiel:
Das Schaubild der Funktion f mit f(x)= - 2 ( x -1 ) 3 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
(
x
-1
)
3
ⅆ
x
=
∫
3
u
-2
(
x
-1
)
-3
ⅆ
x
=
[
(
x
-1
)
-2
]
3
u
=
[
1
(
x
-1
)
2
]
3
u
=
1
(
u
-1
)
2
-
1
(
3
-1
)
2
=
1
(
u
-1
)
2
-
1
2
2
=
1
(
u
-1
)
2
- (
1
4
)
Für u → ∞ gilt: A(u) =
1
(
u
-1
)
2
-
1
4
→
0
-
1
4
=
-
1
4
≈ -0.25
Für den Flächeninhalt (immer positiv) gilt also I = 0.25