Aufgabenbeispiele von Anwendungen

Durch Aktualisieren des Browsers (z.B. mit Taste F5) kann man neue Beispielaufgaben sehen


Integralanwendungen BF

Beispiel:

Aus einem Wasserhahn läuft Wasser mit der Auslaufgeschwindigkeit f(x)= 6 e 2x -2 (in Liter pro Minute) in einen Wassertank. Nach 2 Minuten sind 5 Liter im Tank. Wieviel Liter sind nach 4 Minuten darin?

Lösung einblenden
Zuerst berechnen wir die Änderung des Bestands zwischen 2 und 4:
2 4 6 e 2x -2 x

= [ 3 e 2x -2 ] 2 4

= 3 e 24 -2 -3 e 22 -2

= 3 e 8 -2 -3 e 4 -2

= 3 e 6 -3 e 2


≈ 1188,119
Der neue Bestand setzt sich aus dem Anfangsbestand bei 2 und der Änderung zwischen 2 und 4 zusammen:
B = 5 + 3 e 6 -3 e 2 ≈ 1193.12

Integralanwendungen

Beispiel:

Aus einem Wasserhahn läuft Wasser mit der Auslaufgeschwindigkeit f(x)= 2 e 3x -5 (in Liter pro Minute) in einen Wassertank. Nach 0 Minuten sind 16 Liter im Tank. Wieviel Liter sind nach 2 Minuten darin?

Lösung einblenden
Zuerst berechnen wir die Änderung des Bestands zwischen 0 und 2:
0 2 2 e 3x -5 x

= [ 2 3 e 3x -5 ] 0 2

= 2 3 e 32 -5 - 2 3 e 30 -5

= 2 3 e 6 -5 - 2 3 e 0 -5

= 2 3 e 1 - 2 3 e -5

= 2 3 e - 2 3 e -5


≈ 1,808
Der neue Bestand setzt sich aus dem Anfangsbestand bei 0 und der Änderung zwischen 0 und 2 zusammen:
B = 16 + - 2 3 e -5 + 2 3 e ≈ 17.81

Integralfunktion - Gleichung

Beispiel:

Bestimme u > 2 so, dass 2 u 8x x = 308

Lösung einblenden
2 u 8x x

= [ 4 x 2 ] 2 u

= 4 u 2 -4 2 2

= 4 u 2 -44

= 4 u 2 -16

Diese Integralfunktion soll ja den Wert 308 annehmen, deswegen setzen wir sie gleich :

4 u 2 -16 = 308 | +16
4 u 2 = 324 |:4
u 2 = 81 | 2
u1 = - 81 = -9
u2 = 81 = 9

Da u= -9 < 2 ist u= 9 die einzige Lösung.

Mittelwerte

Beispiel:

Die Menge an Wasser in einem Wassertank zur Zeit x (in min) kann näherungsweise durch die Funktion f mit f(x)= 3 ( x -2 ) 2 + x beschrieben werden. Wieviel Wasser sind während der ersten 4 Minuten durchschnittlich im Tank?

Lösung einblenden

Wir berechnen den Mittelwert mit der üblichen Formel:

m = 1 4 +0 0 4 ( 3 ( x -2 ) 2 + x ) x

= 1 4 [ ( x -2 ) 3 + 1 2 x 2 ] 0 4

= 1 4 ( ( 4 -2 ) 3 + 1 2 4 2 - ( ( 0 -2 ) 3 + 1 2 0 2 ))

= 1 4 ( 2 3 + 1 2 16 - ( ( -2 ) 3 + 1 2 0 ))

= 1 4 ( 8 +8 - ( ( -8 ) +0))

= 1 4 ( 8 +8 +8 )

= 1 4 · 24

uneigentliche Integrale

Beispiel:

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

= [ ln( | 3x -3 | ) ] 2 u

= ln( | 3( u ) -3 | ) - ln( | 32 -3 | )

= ln( | 3u -3 | ) - ln( | 6 -3 | )

= ln( | 3u -3 | ) - ln( 3 )

Für u → ∞ gilt: A(u) = - ln( 3 ) + ln( | 3x -3 | )