Aufgabenbeispiele von Anwendungen

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Integralanwendungen BF

Beispiel:

Aus einem Wasserhahn läuft Wasser mit der Auslaufgeschwindigkeit f(x)= 3x -3 (in Liter pro Minute) in einen Wassertank. Nach 7 3 Minuten sind 5 Liter im Tank. Wieviel Liter sind nach 19 3 Minuten darin?

Lösung einblenden
Zuerst berechnen wir die Änderung des Bestands zwischen 7 3 und 19 3 :
7 3 19 3 3x -3 x
= 7 3 19 3 ( 3x -3 ) 1 2 x

= [ 2 9 ( 3x -3 ) 3 2 ] 7 3 19 3

= [ 2 9 ( 3x -3 ) 3 ] 7 3 19 3

= 2 9 ( 3( 19 3 ) -3 ) 3 - 2 9 ( 3( 7 3 ) -3 ) 3

= 2 9 ( 19 -3 ) 3 - 2 9 ( 7 -3 ) 3

= 2 9 ( 16 ) 3 - 2 9 ( 4 ) 3

= 2 9 4 3 - 2 9 2 3

= 2 9 64 - 2 9 8

= 128 9 - 16 9

= 112 9


≈ 12,444
Der neue Bestand setzt sich aus dem Anfangsbestand bei 7 3 und der Änderung zwischen 7 3 und 19 3 zusammen:
B = 5 + 112 9 = 157 9 ≈ 17.44

Integralanwendungen

Beispiel:

Die Bewegungsgeschwindigkeit eines Körpers lässt sich nährungsweise durch die Funktion f mit f(x)= 5 ( x -2 ) 2 (in m/s, x in Sekunden) beschreiben. Nach 3s hat er bereits 17 m zurückgelegt. Wie weit ist er nach 6 Sekunden?

Lösung einblenden
Zuerst berechnen wir die Änderung des Bestands zwischen 3 und 6:
3 6 5 ( x -2 ) 2 x
= 3 6 5 ( x -2 ) -2 x

= [ -5 ( x -2 ) -1 ] 3 6

= [ - 5 x -2 ] 3 6

= - 5 6 -2 + 5 3 -2

= - 5 4 + 5 1

= -5( 1 4 ) +51

= - 5 4 +5

= - 5 4 + 20 4

= 15 4


= 3,75
Der neue Bestand setzt sich aus dem Anfangsbestand bei 3 und der Änderung zwischen 3 und 6 zusammen:
B = 17 + 15 4 = 83 4 ≈ 20.75

Integralfunktion - Gleichung

Beispiel:

Bestimme u > 3 so, dass 3 u -8x x = -325

Lösung einblenden
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 -325 annehmen, deswegen setzen wir sie gleich :

-4 u 2 +36 = -325 | -36
-4 u 2 = -361 |: ( -4 )
u 2 = 361 4 | 2
u1 = - 361 4 = - 19 2
u2 = 361 4 = 19 2

Da u= - 19 2 < 3 ist u= 19 2 die einzige Lösung.

Mittelwerte

Beispiel:

Die Temperatur an einem Wintertag kann näherungsweise durch die Funktion f mit f(x)= 6 sin( 2x + 1 2 π) beschrieben werden. Bestimme die Durchschnittstemperatur zwischen 1 2 π und π .

Lösung einblenden

Wir berechnen den Mittelwert mit der üblichen Formel:

m = 1 π - 1 2 π 1 2 π π 6 sin( 2x + 1 2 π) x

= 2 π [ -3 cos( 2x + 1 2 π) ] 1 2 π π

= 2 π · ( -3 cos( 2π + 1 2 π) +3 cos( 2( 1 2 π ) + 1 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)= - 3 3x -5 schließt mit der x-Achse und der Geraden x=7 eine nach rechts offene Fläche ein.
Untersuche, ob der Flächeninhalt endlich ist und bestimme in diesem Fall diesen Flächeninhalt.


Lösung einblenden
A(u)= 7 u - 3 3x -5 x
= 7 u -3 ( 3x -5 ) - 1 2 x

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

= [ -2 3x -5 ] 7 u

= -2 3u -5 +2 37 -5

= -2 3u -5 +2 21 -5

= -2 3u -5 +2 16

= -2 3u -5 +24

= -2 3u -5 +8

Für u → ∞ gilt: A(u) = -2 3u -5 +8 -