Aufgabenbeispiele von Anwendungen

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Integralanwendungen BF

Beispiel:

Die Bewegungsgeschwindigkeit eines Körpers lässt sich nährungsweise durch die Funktion f mit f(x)= 2 ( x -3 ) 3 (in m/s, x in Sekunden) beschreiben. Nach 5s hat er bereits 11 m zurückgelegt. Wie weit ist er nach 7 Sekunden?

Lösung einblenden
Zuerst berechnen wir die Änderung des Bestands zwischen 5 und 7:
5 7 2 ( x -3 ) 3 x
= 5 7 2 ( x -3 ) -3 x

= [ - ( x -3 ) -2 ] 5 7

= [ - 1 ( x -3 ) 2 ] 5 7

= - 1 ( 7 -3 ) 2 + 1 ( 5 -3 ) 2

= - 1 4 2 + 1 2 2

= -( 1 16 ) + 1 4

= 3 16


≈ 0,188
Der neue Bestand setzt sich aus dem Anfangsbestand bei 5 und der Änderung zwischen 5 und 7 zusammen:
B = 11 + 3 16 = 179 16 ≈ 11.19

Integralanwendungen

Beispiel:

Aus einem Wasserhahn läuft Wasser mit der Auslaufgeschwindigkeit f(x)= 2 ( x -3 ) 2 (in Liter pro Minute) in einen Wassertank. Nach 5 Minuten sind 3 Liter im Tank. Wieviel Liter sind nach 7 Minuten darin?

Lösung einblenden
Zuerst berechnen wir die Änderung des Bestands zwischen 5 und 7:
5 7 2 ( x -3 ) 2 x
= 5 7 2 ( x -3 ) -2 x

= [ -2 ( x -3 ) -1 ] 5 7

= [ - 2 x -3 ] 5 7

= - 2 7 -3 + 2 5 -3

= - 2 4 + 2 2

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

= - 1 2 +1

= -0,5 +1

= 0,5


= 0,5
Der neue Bestand setzt sich aus dem Anfangsbestand bei 5 und der Änderung zwischen 5 und 7 zusammen:
B = 3 + 1 2 = 7 2 ≈ 3.5

Integralfunktion - Gleichung

Beispiel:

Bestimme u > 0 so, dass 0 u -2x x = -12,25

Lösung einblenden
0 u -2x x

= [ - x 2 ] 0 u

= - u 2 + 0 2

= - u 2 + 0

= - u 2

Diese Integralfunktion soll ja den Wert -12,25 annehmen, deswegen setzen wir sie gleich :

- u 2 = -12,25 |: ( -1 )
u 2 = 12,25 | 2
u1 = - 12,25 = -3,5
u2 = 12,25 = 3,5

Da u= -3,5 < 0 ist u= 3,5 die einzige Lösung.

Mittelwerte

Beispiel:

Die Temperatur an einem Wintertag kann näherungsweise durch die Funktion f mit f(x)= 3 sin( x + π) beschrieben werden. Bestimme die Durchschnittstemperatur zwischen 1 2 π und 3 2 π .

Lösung einblenden

Wir berechnen den Mittelwert mit der üblichen Formel:

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

= 1 π [ -3 cos( x + π) ] 1 2 π 3 2 π

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

= 1 π · ( -3 cos( 5 2 π) +3 cos( 3 2 π) )

= 1 π · ( -30 +30 )

= 1 π · ( 0+0 )

= 1 π · 0

= 0

uneigentliche Integrale

Beispiel:

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


Lösung einblenden
A(u)= 0 u e -2x +3 x

= [ - 1 2 e -2x +3 ] 0 u

= - 1 2 e -2u +3 + 1 2 e -20 +3

= - 1 2 e -2u +3 + 1 2 e 0 +3

= - 1 2 e -2u +3 + 1 2 e 3

Für u → ∞ gilt: A(u) = - 1 2 e -2u +3 + 1 2 e 3 0 + 1 2 e 3 = 1 2 e 3 ≈ 10.043

Für den Flächeninhalt (immer positiv) gilt also I = 10.043