Aufgabenbeispiele von Anwendungen

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Integralanwendungen BF

Beispiel:

Aus einem Wasserhahn läuft Wasser mit der Auslaufgeschwindigkeit f(x)= 4 e x -3 (in Liter pro Minute) in einen Wassertank. Nach 2 Minuten sind 17 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 4 e x -3 x

= [ 4 e x -3 ] 2 3

= 4 e 3 -3 -4 e 2 -3

= 4 e 0 -4 e -1

= 4 -4 e -1


≈ 2,528
Der neue Bestand setzt sich aus dem Anfangsbestand bei 2 und der Änderung zwischen 2 und 3 zusammen:
B = 17 + -4 e -1 +4 ≈ 19.53

Integralanwendungen

Beispiel:

Aus einem Wasserhahn läuft Wasser mit der Auslaufgeschwindigkeit f(x)= 3 e 3x -6 (in Liter pro Minute) in einen Wassertank. Nach 1 Minuten sind 13 Liter im Tank. Wieviel Liter sind nach 2 Minuten darin?

Lösung einblenden
Zuerst berechnen wir die Änderung des Bestands zwischen 1 und 2:
1 2 3 e 3x -6 x

= [ e 3x -6 ] 1 2

= e 32 -6 - e 31 -6

= e 6 -6 - e 3 -6

= e 0 - e -3

= 1 - e -3


≈ 0,95
Der neue Bestand setzt sich aus dem Anfangsbestand bei 1 und der Änderung zwischen 1 und 2 zusammen:
B = 13 + - e -3 +1 ≈ 13.95

Integralfunktion - Gleichung

Beispiel:

Bestimme u > 1 so, dass 1 u -6x x = -189

Lösung einblenden
1 u -6x x

= [ -3 x 2 ] 1 u

= -3 u 2 +3 1 2

= -3 u 2 +31

= -3 u 2 +3

Diese Integralfunktion soll ja den Wert -189 annehmen, deswegen setzen wir sie gleich :

-3 u 2 +3 = -189 | -3
-3 u 2 = -192 |: ( -3 )
u 2 = 64 | 2
u1 = - 64 = -8
u2 = 64 = 8

Da u= -8 < 1 ist u= 8 die einzige Lösung.

Mittelwerte

Beispiel:

Die Menge eines Wirkstoffs im Blut eines Patienten kann zur Zeit x (in min) näherungsweise durch die Funktion f mit f(x)= 5 ( 3x -3 ) 2 +3 (in mg) beschrieben werden. Berechne die mittlere Wirkstoffmenge in mg zwischen Minute 0 und Minute 3.

Lösung einblenden

Wir berechnen den Mittelwert mit der üblichen Formel:

m = 1 3 +0 0 3 ( 5 ( 3x -3 ) 2 +3 ) x

= 1 3 [ 5 9 ( 3x -3 ) 3 +3x ] 0 3

= 1 3 ( 5 9 ( 33 -3 ) 3 +33 - ( 5 9 ( 30 -3 ) 3 +30 ))

= 1 3 ( 5 9 ( 9 -3 ) 3 +9 - ( 5 9 ( 0 -3 ) 3 +0))

= 1 3 ( 5 9 6 3 +9 - ( 5 9 ( -3 ) 3 +0))

= 1 3 ( 5 9 216 +9 - ( 5 9 ( -27 ) +0))

= 1 3 ( 120 +9 - ( -15 +0))

= 1 3 ( 129 +15 )

= 1 3 · 144

= 48

uneigentliche Integrale

Beispiel:

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


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A(u)= 5 u 3 ( x -3 ) 2 x
= 5 u 3 ( x -3 ) -2 x

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

= [ - 3 x -3 ] 5 u

= - 3 u -3 + 3 5 -3

= - 3 u -3 + 3 2

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

= - 3 u -3 + 3 2

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

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