Aufgabenbeispiele von Anwendungen

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Integralanwendungen BF

Beispiel:

Aus einem Wasserhahn läuft Wasser mit der Auslaufgeschwindigkeit f(x)= 5 ( 2x -2 ) 2 (in Liter pro Minute) in einen Wassertank. Nach 2 Minuten sind 11 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 5 ( 2x -2 ) 2 x
= 2 4 5 ( 2x -2 ) -2 x

= [ - 5 2 ( 2x -2 ) -1 ] 2 4

= [ - 5 2( 2x -2 ) ] 2 4

= - 5 2( 24 -2 ) + 5 2( 22 -2 )

= - 5 2( 8 -2 ) + 5 2( 4 -2 )

= - 5 2 6 + 5 2 2

= - 5 2 ( 1 6 ) + 5 2 ( 1 2 )

= - 5 12 + 5 4

= - 5 12 + 15 12

= 5 6


≈ 0,833
Der neue Bestand setzt sich aus dem Anfangsbestand bei 2 und der Änderung zwischen 2 und 4 zusammen:
B = 11 + 5 6 = 71 6 ≈ 11.83

Integralanwendungen

Beispiel:

Aus einem Wasserhahn läuft Wasser mit der Auslaufgeschwindigkeit f(x)= 3 e 2x -4 (in Liter pro Minute) in einen Wassertank. Nach 2 Minuten sind 3 Liter im Tank. Wieviel Liter sind nach 5 Minuten darin?

Lösung einblenden
Zuerst berechnen wir die Änderung des Bestands zwischen 2 und 5:
2 5 3 e 2x -4 x

= [ 3 2 e 2x -4 ] 2 5

= 3 2 e 25 -4 - 3 2 e 22 -4

= 3 2 e 10 -4 - 3 2 e 4 -4

= 3 2 e 6 - 3 2 e 0

= 3 2 e 6 - 3 2


≈ 603,643
Der neue Bestand setzt sich aus dem Anfangsbestand bei 2 und der Änderung zwischen 2 und 5 zusammen:
B = 3 + 3 2 e 6 - 3 2 ≈ 606.64

Integralfunktion - Gleichung

Beispiel:

Bestimme u > 0 so, dass 0 u 2 e -0,5x +0,2 x = 4

Lösung einblenden
0 u 2 e -0,5x +0,2 x

= [ -4 e -0,5x +0,2 ] 0 u

= -4 e -0,5u +0,2 +4 e -0,50 +0,2

= -4 e -0,5u +0,2 +4 e 0 +0,2

= -4 e -0,5u +0,2 +4 e 0,2

Diese Integralfunktion soll ja den Wert 4 annehmen, deswegen setzen wir sie gleich :

-4 e -0,5u +0,2 +4 e 0,2 = 4 | -4 e 0,2
-4 e -0,5u +0,2 = -4 e 0,2 +4
-4 e -0,5u +0,2 = -0,8856 |:-4
e -0,5u +0,2 = 0,2214 |ln(⋅)
-0,5u +0,2 = ln( 0,2214 )
-0,5u +0,2 = -1,5078 | -0,2
-0,5u = -1,7078 |:(-0,5 )
u = 3,4156

Mittelwerte

Beispiel:

Bestimme den Mittelwert der Funktionswerte von f mit f(x)= 6 sin( 2x + 3 2 π) zwischen 0 und 1 2 π .

Lösung einblenden

Wir berechnen den Mittelwert mit der üblichen Formel:

m = 1 1 2 π+0 0 1 2 π 6 sin( 2x + 3 2 π) x

= 2 π [ -3 cos( 2x + 3 2 π) ] 0 1 2 π

= 2 π · ( -3 cos( 2( 1 2 π ) + 3 2 π) +3 cos( 2( 0 ) + 3 2 π) )

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

= 2 π · ( -30 +30 )

= 2 π · ( 0+0 )

= 2 π · 0

= 0

uneigentliche Integrale

Beispiel:

Das Schaubild der Funktion f mit f(x)= 1 x -3 schließt mit der x-Achse, der Geraden x= 19 und der Geraden x=3 eine nach oben bzw. unten offene Fläche ein.
Untersuche, ob der Flächeninhalt endlich ist und bestimme in diesem Fall diesen Flächeninhalt.


Lösung einblenden
A(u)= u 19 1 x -3 x
= u 19 ( x -3 ) - 1 2 x

= [ 2 ( x -3 ) 1 2 ] u 19

= [ 2 x -3 ] u 19

= 2 19 -3 -2 u -3

= 2 16 -2 u -3

= 24 -2 u -3

= 8 -2 u -3

Für u → 3 (u>3, also von rechts) gilt: A(u) = -2 u -3 +8 0 +8 = 8 ≈ 8

Für den Flächeninhalt (immer positiv) gilt also I = 8