Integralanwendungen BF
Beispiel:
Aus einem Wasserhahn läuft Wasser mit der Auslaufgeschwindigkeit f(x)= (in Liter pro Minute) in einen Wassertank. Nach 4 Minuten sind 3 Liter im Tank. Wieviel Liter sind nach 7 Minuten darin?
Lösung einblenden
Zuerst berechnen wir die Änderung des Bestands zwischen 4 und 7:
=
=
=
=
=
=
=
≈ 0,053
Der neue Bestand setzt sich aus dem Anfangsbestand bei 4 und der Änderung zwischen 4 und 7
zusammen:
B = 3 + = ≈ 3.05
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 13 m zurückgelegt. Wie weit ist er nach 5 Sekunden?
Lösung einblenden
Zuerst berechnen wir die Änderung des Bestands zwischen 3 und 5:
=
=
=
ln(
|
2⋅5
-5
|
)
-
ln(
|
2⋅3
-5
|
)
=
ln(
|
10
-5
|
)
-
ln(
|
6
-5
|
)
=
ln(
5
)
-
ln(
|
6
-5
|
)
=
ln(
5
)
-
ln(
1
)
=
ln(
5
)
+0
=
ln(
5
)
≈ 1,609
Der neue Bestand setzt sich aus dem Anfangsbestand bei 3 und der Änderung zwischen 3 und 5
zusammen:
B = 13 +
ln(
5
)
≈ 14.61
Integralfunktion - Gleichung
Beispiel:
Bestimme u > 2 so, dass ∫ 2 u -6x ⅆ x = -114,75
Lösung einblenden
∫
2
u
-6x
ⅆ
x
=
[
-3
x
2
]
2
u
=
-3
u
2
+3⋅
2
2
=
-3
u
2
+3⋅4
=
-3
u
2
+12
|
-3
u
2
+12
|
= |
-114,75
|
|
-12
|
|
-3
u
2
|
= |
-126,75
|
|:
(
-3
)
|
|
u
2
|
= |
42,25
|
|
⋅2
|
| u1 |
= |
-
42,25
|
=
-6,5
|
| u2 |
= |
42,25
|
=
6,5
|
Da u=
-6,5
< 2 ist u=
6,5
die einzige Lösung.
Mittelwerte
Beispiel:
Die Temperatur an einem Wintertag kann näherungsweise durch die Funktion f mit f(x)= sin( 3x + π) beschrieben werden. Bestimme die Durchschnittstemperatur zwischen 1 2 π und 3 2 π .
Lösung einblenden
Wir berechnen den Mittelwert mit der üblichen Formel:
m =
1
3
2
π
-
1
2
π
∫
1
2
π
3
2
π
sin(
3x
+ π)
ⅆ
x
=
1
π
[
-
1
3
⋅
cos(
3x
+ π)
]
1
2
π
3
2
π
=
1
π
·
(
-
1
3
⋅
cos(
3⋅(
3
2
π )
+ π)
+
1
3
⋅
cos(
3⋅(
1
2
π )
+ π)
)
=
1
π
·
(
-
1
3
⋅
cos(
11
2
π)
+
1
3
⋅
cos(
5
2
π)
)
=
1
π
·
(
-
1
3
⋅0
+
1
3
⋅0
)
=
1
π
·
(
0+0
)
=
1
π
· 0
= 0
uneigentliche Integrale
Beispiel:
Das Schaubild der Funktion f mit f(x)= e -2x +4 schließt mit der x-Achse und der Geraden x=1 eine nach rechts offene Fläche ein.
Untersuche, ob der Flächeninhalt endlich ist und bestimme in diesem Fall diesen Flächeninhalt.
Lösung einblenden
A(u)=
∫
1
u
e
-2x
+4
ⅆ
x
=
[
-
1
2
e
-2x
+4
]
1
u
=
-
1
2
e
-2u
+4
+
1
2
e
-2⋅1
+4
=
-
1
2
e
-2u
+4
+
1
2
e
-2
+4
=
-
1
2
e
-2u
+4
+
1
2
e
2
Für u → ∞ gilt: A(u) =
-
1
2
e
-2u
+4
+
1
2
e
2
→
0
+
1
2
e
2
=
1
2
e
2
≈ 3.695
Für den Flächeninhalt (immer positiv) gilt also I = 3.695