Aufgabenbeispiele von Anwendungen

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Integralanwendungen BF

Beispiel:

Aus einem Wasserhahn läuft Wasser mit der Auslaufgeschwindigkeit f(x)= 2 e x -2 (in Liter pro Minute) in einen Wassertank. Nach 0 Minuten sind 18 Liter im Tank. Wieviel Liter sind nach 1 Minuten darin?

Lösung einblenden
Zuerst berechnen wir die Änderung des Bestands zwischen 0 und 1:
0 1 2 e x -2 x

= [ 2 e x -2 ] 0 1

= 2 e 1 -2 -2 e 0 -2

= 2 e -1 -2 e -2


≈ 0,465
Der neue Bestand setzt sich aus dem Anfangsbestand bei 0 und der Änderung zwischen 0 und 1 zusammen:
B = 18 + 2 e -1 -2 e -2 ≈ 18.47

Integralanwendungen

Beispiel:

Aus einem Wasserhahn läuft Wasser mit der Auslaufgeschwindigkeit f(x)= e x -1 (in Liter pro Minute) in einen Wassertank. Nach 2 Minuten sind 9 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 e x -1 x

= [ e x -1 ] 2 4

= e 4 -1 - e 2 -1

= e 3 - e 1

= e 3 - e


≈ 17,367
Der neue Bestand setzt sich aus dem Anfangsbestand bei 2 und der Änderung zwischen 2 und 4 zusammen:
B = 9 + e 3 - e ≈ 26.37

Integralfunktion - Gleichung

Beispiel:

Bestimme u > 3 so, dass 3 u -8x x = -64

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3 u -8x x

= [ -4 x 2 ] 3 u

= -4 u 2 +4 3 2

= -4 u 2 +49

= -4 u 2 +36

Diese Integralfunktion soll ja den Wert -64 annehmen, deswegen setzen wir sie gleich :

-4 u 2 +36 = -64 | -36
-4 u 2 = -100 |: ( -4 )
u 2 = 25 | 2
u1 = - 25 = -5
u2 = 25 = 5

Da u= -5 < 3 ist u= 5 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)= 2 e x -1 beschrieben werden. Wieviel Wasser sind während der ersten 4 Minuten durchschnittlich im Tank?

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Wir berechnen den Mittelwert mit der üblichen Formel:

m = 1 4 +0 0 4 2 e x -1 x

= 1 4 [ 2 e x -1 ] 0 4

= 1 4 ( 2 e 4 -1 -2 e 0 -1 )

= 1 4 ( 2 e 3 -2 e -1 )


≈ 9,859

uneigentliche Integrale

Beispiel:

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


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

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

= [ - 3 x -2 ] 4 u

= - 3 u -2 + 3 4 -2

= - 3 u -2 + 3 2

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

= - 3 u -2 + 3 2

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

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