Aufgabenbeispiele von Anwendungen

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Integralanwendungen BF

Beispiel:

Aus einem Wasserhahn läuft Wasser mit der Auslaufgeschwindigkeit f(x)= 5 e 3x -4 (in Liter pro Minute) in einen Wassertank. Nach 2 Minuten sind 8 Liter im Tank. Wieviel Liter sind nach 3 Minuten darin?

Lösung einblenden
Zuerst berechnen wir die Änderung des Bestands zwischen 2 und 3:
2 3 5 e 3x -4 x

= [ 5 3 e 3x -4 ] 2 3

= 5 3 e 33 -4 - 5 3 e 32 -4

= 5 3 e 9 -4 - 5 3 e 6 -4

= 5 3 e 5 - 5 3 e 2


≈ 235,04
Der neue Bestand setzt sich aus dem Anfangsbestand bei 2 und der Änderung zwischen 2 und 3 zusammen:
B = 8 + 5 3 e 5 - 5 3 e 2 ≈ 243.04

Integralanwendungen

Beispiel:

Die Bewegungsgeschwindigkeit eines Körpers lässt sich nährungsweise durch die Funktion f mit f(x)= 2 2x -4 (in m/s, x in Sekunden) beschreiben. Nach 10 s hat er bereits 4 m zurückgelegt. Wie weit ist er nach 29 2 Sekunden?

Lösung einblenden
Zuerst berechnen wir die Änderung des Bestands zwischen 10 und 29 2 :
10 29 2 2 2x -4 x
= 10 29 2 2 ( 2x -4 ) 1 2 x

= [ 2 3 ( 2x -4 ) 3 2 ] 10 29 2

= [ 2 3 ( 2x -4 ) 3 ] 10 29 2

= 2 3 ( 2( 29 2 ) -4 ) 3 - 2 3 ( 210 -4 ) 3

= 2 3 ( 29 -4 ) 3 - 2 3 ( 20 -4 ) 3

= 2 3 ( 25 ) 3 - 2 3 ( 16 ) 3

= 2 3 5 3 - 2 3 4 3

= 2 3 125 - 2 3 64

= 250 3 - 128 3

= 122 3


≈ 40,667
Der neue Bestand setzt sich aus dem Anfangsbestand bei 10 und der Änderung zwischen 10 und 29 2 zusammen:
B = 4 + 122 3 = 134 3 ≈ 44.67

Integralfunktion - Gleichung

Beispiel:

Bestimme u > 0 so, dass 0 u 6,3 e -0,9x +0,6 x = 4

Lösung einblenden
0 u 6,3 e -0,9x +0,6 x

= [ -7 e -0,9x +0,6 ] 0 u

= -7 e -0,9u +0,6 +7 e -0,90 +0,6

= -7 e -0,9u +0,6 +7 e 0 +0,6

= -7 e -0,9u +0,6 +7 e 0,6

Diese Integralfunktion soll ja den Wert 4 annehmen, deswegen setzen wir sie gleich :

-7 e -0,9u +0,6 +7 e 0,6 = 4 | -7 e 0,6
-7 e -0,9u +0,6 = -7 e 0,6 +4
-7 e -0,9u +0,6 = -8,7548 |:-7
e -0,9u +0,6 = 1,2507 |ln(⋅)
-0,9u +0,6 = ln( 1,2507 )
-0,9u +0,6 = 0,2237 | -0,6
-0,9u = -0,3763 |:(-0,9 )
u = 0,4181

Mittelwerte

Beispiel:

Bestimme den Mittelwert der Funktionswerte von f mit f(x)= 3 sin( 3x - 3 2 π) zwischen 0 und 1 2 π .

Lösung einblenden

Wir berechnen den Mittelwert mit der üblichen Formel:

m = 1 1 2 π+0 0 1 2 π 3 sin( 3x - 3 2 π) x

= 2 π [ - cos( 3x - 3 2 π) ] 0 1 2 π

= 2 π · ( - cos( 3( 1 2 π ) - 3 2 π) + cos( 3( 0 ) - 3 2 π) )

= 2 π · ( - cos(0) + cos( - 3 2 π) )

= 2 π · ( -1 +0 )

= - 2 π


≈ -0,637

uneigentliche Integrale

Beispiel:

Das Schaubild der Funktion f mit f(x)= - 3 ( -x +1 ) 2 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 ( -x +1 ) 2 x
= 3 u -3 ( -x +1 ) -2 x

= [ -3 ( -x +1 ) -1 ] 3 u

= [ - 3 -x +1 ] 3 u

= - 3 -u +1 + 3 -3 +1

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

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

= - 3 -u +1 - 3 2

Für u → ∞ gilt: A(u) = - 3 -u +1 - 3 2 0 - 3 2 = - 3 2 ≈ -1.5

Für den Flächeninhalt (immer positiv) gilt also I = 1.5