Aufgabenbeispiele von Anwendungen

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Integralanwendungen BF

Beispiel:

Die Bewegungsgeschwindigkeit eines Körpers lässt sich nährungsweise durch die Funktion f mit f(x)= 1 ( x -1 ) 4 (in m/s, x in Sekunden) beschreiben. Nach 3s hat er bereits 12 m zurückgelegt. Wie weit ist er nach 6 Sekunden?

Lösung einblenden
Zuerst berechnen wir die Änderung des Bestands zwischen 3 und 6:
3 6 1 ( x -1 ) 4 x
= 3 6 ( x -1 ) -4 x

= [ - 1 3 ( x -1 ) -3 ] 3 6

= [ - 1 3 ( x -1 ) 3 ] 3 6

= - 1 3 ( 6 -1 ) 3 + 1 3 ( 3 -1 ) 3

= - 1 3 5 3 + 1 3 2 3

= - 1 3 ( 1 125 ) + 1 3 ( 1 8 )

= - 1 375 + 1 24

= - 8 3000 + 125 3000

= 39 1000


= 0,039
Der neue Bestand setzt sich aus dem Anfangsbestand bei 3 und der Änderung zwischen 3 und 6 zusammen:
B = 12 + 39 1000 = 12039 1000 ≈ 12.04

Integralanwendungen

Beispiel:

Aus einem Wasserhahn läuft Wasser mit der Auslaufgeschwindigkeit f(x)= 4 e x -1 (in Liter pro Minute) in einen Wassertank. Nach 2 Minuten sind 4 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 -1 x

= [ 4 e x -1 ] 2 3

= 4 e 3 -1 -4 e 2 -1

= 4 e 2 -4 e 1

= 4 e 2 -4e


≈ 18,683
Der neue Bestand setzt sich aus dem Anfangsbestand bei 2 und der Änderung zwischen 2 und 3 zusammen:
B = 4 + 4 e 2 -4e ≈ 22.68

Integralfunktion - Gleichung

Beispiel:

Bestimme u > 3 so, dass 3 u 6x x = 81

Lösung einblenden
3 u 6x x

= [ 3 x 2 ] 3 u

= 3 u 2 -3 3 2

= 3 u 2 -39

= 3 u 2 -27

Diese Integralfunktion soll ja den Wert 81 annehmen, deswegen setzen wir sie gleich :

3 u 2 -27 = 81 | +27
3 u 2 = 108 |:3
u 2 = 36 | 2
u1 = - 36 = -6
u2 = 36 = 6

Da u= -6 < 3 ist u= 6 die einzige Lösung.

Mittelwerte

Beispiel:

Bestimme den Mittelwert der Funktionswerte von f mit f(x)= 4 e 3x -3 zwischen 0 und 3.

Lösung einblenden

Wir berechnen den Mittelwert mit der üblichen Formel:

m = 1 3 +0 0 3 4 e 3x -3 x

= 1 3 [ 4 3 e 3x -3 ] 0 3

= 1 3 ( 4 3 e 33 -3 - 4 3 e 30 -3 )

= 1 3 ( 4 3 e 9 -3 - 4 3 e 0 -3 )

= 1 3 ( 4 3 e 6 - 4 3 e -3 )


≈ 179,28

uneigentliche Integrale

Beispiel:

Das Schaubild der Funktion f mit f(x)= 3 ( 2x -4 ) 2 schließt mit der x-Achse und der Geraden x=4 eine nach rechts offene Fläche ein.
Untersuche, ob der Flächeninhalt endlich ist und bestimme in diesem Fall diesen Flächeninhalt.


Lösung einblenden
A(u)= 4 u 3 ( 2x -4 ) 2 x
= 4 u 3 ( 2x -4 ) -2 x

= [ - 3 2 ( 2x -4 ) -1 ] 4 u

= [ - 3 2( 2x -4 ) ] 4 u

= - 3 2( 2u -4 ) + 3 2( 24 -4 )

= - 3 2( 2u -4 ) + 3 2( 8 -4 )

= - 3 2( 2u -4 ) + 3 2 4

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

= - 3 2( 2u -4 ) + 3 8

Für u → ∞ gilt: A(u) = - 3 2( 2u -4 ) + 3 8 0 + 3 8 = 3 8 ≈ 0.375

Für den Flächeninhalt (immer positiv) gilt also I = 0.375