Aufgabenbeispiele von Anwendungen

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Integralanwendungen BF

Beispiel:

Die Bewegungsgeschwindigkeit eines Körpers lässt sich nährungsweise durch die Funktion f mit f(x)= 2 x -3 (in m/s, x in Sekunden) beschreiben. Nach 19 s hat er bereits 15 m zurückgelegt. Wie weit ist er nach 28 Sekunden?

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

= [ 4 3 ( x -3 ) 3 2 ] 19 28

= [ 4 3 ( x -3 ) 3 ] 19 28

= 4 3 ( 28 -3 ) 3 - 4 3 ( 19 -3 ) 3

= 4 3 ( 25 ) 3 - 4 3 ( 16 ) 3

= 4 3 5 3 - 4 3 4 3

= 4 3 125 - 4 3 64

= 500 3 - 256 3

= 244 3


≈ 81,333
Der neue Bestand setzt sich aus dem Anfangsbestand bei 19 und der Änderung zwischen 19 und 28 zusammen:
B = 15 + 244 3 = 289 3 ≈ 96.33

Integralanwendungen

Beispiel:

Aus einem Wasserhahn läuft Wasser mit der Auslaufgeschwindigkeit f(x)= 2 e x -3 (in Liter pro Minute) in einen Wassertank. Nach 0 Minuten sind 2 Liter im Tank. Wieviel Liter sind nach 3 Minuten darin?

Lösung einblenden
Zuerst berechnen wir die Änderung des Bestands zwischen 0 und 3:
0 3 2 e x -3 x

= [ 2 e x -3 ] 0 3

= 2 e 3 -3 -2 e 0 -3

= 2 e 0 -2 e -3

= 2 -2 e -3


≈ 1,9
Der neue Bestand setzt sich aus dem Anfangsbestand bei 0 und der Änderung zwischen 0 und 3 zusammen:
B = 2 + -2 e -3 +2 ≈ 3.9

Integralfunktion - Gleichung

Beispiel:

Bestimme u > 0 so, dass 0 u 0,4 e -0,2x +0,3 x = 2

Lösung einblenden
0 u 0,4 e -0,2x +0,3 x

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

= -2 e -0,2u +0,3 +2 e -0,20 +0,3

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

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

Diese Integralfunktion soll ja den Wert 2 annehmen, deswegen setzen wir sie gleich :

-2 e -0,2u +0,3 +2 e 0,3 = 2 | -2 e 0,3
-2 e -0,2u +0,3 = -2 e 0,3 +2
-2 e -0,2u +0,3 = -0,6997 |:-2
e -0,2u +0,3 = 0,3499 |ln(⋅)
-0,2u +0,3 = ln( 0,3499 )
-0,2u +0,3 = -1,0501 | -0,3
-0,2u = -1,3501 |:(-0,2 )
u = 6,7505

Mittelwerte

Beispiel:

Die Menge an Wasser in einem Wassertank zur Zeit x (in min) kann näherungsweise durch die Funktion f mit f(x)= e 3x -3 beschrieben werden. Wieviel Wasser sind während der ersten 3 Minuten durchschnittlich im Tank?

Lösung einblenden

Wir berechnen den Mittelwert mit der üblichen Formel:

m = 1 3 +0 0 3 e 3x -3 x

= 1 3 [ 1 3 e 3x -3 ] 0 3

= 1 3 ( 1 3 e 33 -3 - 1 3 e 30 -3 )

= 1 3 ( 1 3 e 9 -3 - 1 3 e 0 -3 )

= 1 3 ( 1 3 e 6 - 1 3 e -3 )


≈ 44,82

uneigentliche Integrale

Beispiel:

Das Schaubild der Funktion f mit f(x)= 3 ( -2x +5 ) 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 3 ( -2x +5 ) 3 x
= 3 u 3 ( -2x +5 ) -3 x

= [ 3 4 ( -2x +5 ) -2 ] 3 u

= [ 3 4 ( -2x +5 ) 2 ] 3 u

= 3 4 ( -2u +5 ) 2 - 3 4 ( -23 +5 ) 2

= 3 4 ( -2u +5 ) 2 - 3 4 ( -6 +5 ) 2

= 3 4 ( -2u +5 ) 2 - 3 4 ( -1 ) 2

= 3 4 ( -2u +5 ) 2 - 3 4 1

= 3 4 ( -2u +5 ) 2 - 3 4

Für u → ∞ gilt: A(u) = 3 4 ( -2u +5 ) 2 - 3 4 0 - 3 4 = - 3 4 ≈ -0.75

Für den Flächeninhalt (immer positiv) gilt also I = 0.75