Aufgabenbeispiele von Anwendungen

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Integralanwendungen BF

Beispiel:

Aus einem Wasserhahn läuft Wasser mit der Auslaufgeschwindigkeit f(x)= 2 x -1 (in Liter pro Minute) in einen Wassertank. Nach 10 Minuten sind 15 Liter im Tank. Wieviel Liter sind nach 26 Minuten darin?

Lösung einblenden
Zuerst berechnen wir die Änderung des Bestands zwischen 10 und 26:
10 26 2 x -1 x
= 10 26 2 ( x -1 ) 1 2 x

= [ 4 3 ( x -1 ) 3 2 ] 10 26

= [ 4 3 ( x -1 ) 3 ] 10 26

= 4 3 ( 26 -1 ) 3 - 4 3 ( 10 -1 ) 3

= 4 3 ( 25 ) 3 - 4 3 ( 9 ) 3

= 4 3 5 3 - 4 3 3 3

= 4 3 125 - 4 3 27

= 500 3 -36

= 500 3 - 108 3

= 392 3


≈ 130,667
Der neue Bestand setzt sich aus dem Anfangsbestand bei 10 und der Änderung zwischen 10 und 26 zusammen:
B = 15 + 392 3 = 437 3 ≈ 145.67

Integralanwendungen

Beispiel:

Aus einem Wasserhahn läuft Wasser mit der Auslaufgeschwindigkeit f(x)= 5 2x -3 (in Liter pro Minute) in einen Wassertank. Nach 6 Minuten sind 13 Liter im Tank. Wieviel Liter sind nach 14 Minuten darin?

Lösung einblenden
Zuerst berechnen wir die Änderung des Bestands zwischen 6 und 14:
6 14 5 2x -3 x
= 6 14 5 ( 2x -3 ) 1 2 x

= [ 5 3 ( 2x -3 ) 3 2 ] 6 14

= [ 5 3 ( 2x -3 ) 3 ] 6 14

= 5 3 ( 214 -3 ) 3 - 5 3 ( 26 -3 ) 3

= 5 3 ( 28 -3 ) 3 - 5 3 ( 12 -3 ) 3

= 5 3 ( 25 ) 3 - 5 3 ( 9 ) 3

= 5 3 5 3 - 5 3 3 3

= 5 3 125 - 5 3 27

= 625 3 -45

= 625 3 - 135 3

= 490 3


≈ 163,333
Der neue Bestand setzt sich aus dem Anfangsbestand bei 6 und der Änderung zwischen 6 und 14 zusammen:
B = 13 + 490 3 = 529 3 ≈ 176.33

Integralfunktion - Gleichung

Beispiel:

Bestimme u > 0 so, dass 0 u 0,8 e 0,8x -0,8 x = 10

Lösung einblenden
0 u 0,8 e 0,8x -0,8 x

= [ e 0,8x -0,8 ] 0 u

= e 0,8u -0,8 - e 0,80 -0,8

= e 0,8u -0,8 - e 0 -0,8

= e 0,8u -0,8 - e -0,8

Diese Integralfunktion soll ja den Wert 10 annehmen, deswegen setzen wir sie gleich :

e 0,8u -0,8 - e -0,8 = 10 | + e -0,8
e 0,8u -0,8 = e -0,8 +10
e 0,8u -0,8 = 10,4493 |ln(⋅)
0,8u -0,8 = ln( 10,4493 )
0,8u -0,8 = 2,3465 | +0,8
0,8u = 3,1465 |:0,8
u = 3,9331

Mittelwerte

Beispiel:

Bestimme den Mittelwert der Funktionswerte von f mit f(x)= 5 cos( x + 3 2 π) zwischen 1 2 π und π .

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Wir berechnen den Mittelwert mit der üblichen Formel:

m = 1 π - 1 2 π 1 2 π π 5 cos( x + 3 2 π) x

= 2 π [ 5 sin( x + 3 2 π) ] 1 2 π π

= 2 π · ( 5 sin( π + 3 2 π) -5 sin( 1 2 π + 3 2 π) )

= 2 π · ( 5 sin( 5 2 π) -5 sin(2π) )

= 2 π · ( 51 -50 )

= 2 π · ( 5 +0 )

= 2 π · 5

= 10 π


≈ 3,183

uneigentliche Integrale

Beispiel:

Das Schaubild der Funktion f mit f(x)= 1 ( 3x -5 ) 3 schließt mit der x-Achse und der Geraden x=2 eine nach rechts offene Fläche ein.
Untersuche, ob der Flächeninhalt endlich ist und bestimme in diesem Fall diesen Flächeninhalt.


Lösung einblenden
A(u)= 2 u 1 ( 3x -5 ) 3 x
= 2 u ( 3x -5 ) -3 x

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

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

= - 1 6 ( 3u -5 ) 2 + 1 6 ( 32 -5 ) 2

= - 1 6 ( 3u -5 ) 2 + 1 6 ( 6 -5 ) 2

= - 1 6 ( 3u -5 ) 2 + 1 6 1 2

= - 1 6 ( 3u -5 ) 2 + 1 6 1

= - 1 6 ( 3u -5 ) 2 + 1 6

Für u → ∞ gilt: A(u) = - 1 6 ( 3u -5 ) 2 + 1 6 0 + 1 6 = 1 6 ≈ 0.167

Für den Flächeninhalt (immer positiv) gilt also I = 0.167