Aufgabenbeispiele von Anwendungen

Durch Aktualisieren des Browsers (z.B. mit Taste F5) kann man neue Beispielaufgaben sehen


Integralanwendungen BF

Beispiel:

Aus einem Wasserhahn läuft Wasser mit der Auslaufgeschwindigkeit f(x)= e 2x -4 (in Liter pro Minute) in einen Wassertank. Nach 2 Minuten sind 10 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 e 2x -4 x

= [ 1 2 e 2x -4 ] 2 3

= 1 2 e 23 -4 - 1 2 e 22 -4

= 1 2 e 6 -4 - 1 2 e 4 -4

= 1 2 e 2 - 1 2 e 0

= 1 2 e 2 - 1 2


≈ 3,195
Der neue Bestand setzt sich aus dem Anfangsbestand bei 2 und der Änderung zwischen 2 und 3 zusammen:
B = 10 + 1 2 e 2 - 1 2 ≈ 13.19

Integralanwendungen

Beispiel:

Die Bewegungsgeschwindigkeit eines Körpers lässt sich nährungsweise durch die Funktion f mit f(x)= 2 ( x -3 ) 2 (in m/s, x in Sekunden) beschreiben. Nach 4s hat er bereits 2 m zurückgelegt. Wie weit ist er nach 5 Sekunden?

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

= [ -2 ( x -3 ) -1 ] 4 5

= [ - 2 x -3 ] 4 5

= - 2 5 -3 + 2 4 -3

= - 2 2 + 2 1

= -2( 1 2 ) +21

= -1 +2

= 1

Der neue Bestand setzt sich aus dem Anfangsbestand bei 4 und der Änderung zwischen 4 und 5 zusammen:
B = 2 + 1 = 3

Integralfunktion - Gleichung

Beispiel:

Bestimme u > 0 so, dass 0 u 1,6 e 0,2x -0,5 x = 13

Lösung einblenden
0 u 1,6 e 0,2x -0,5 x

= [ 8 e 0,2x -0,5 ] 0 u

= 8 e 0,2u -0,5 -8 e 0,20 -0,5

= 8 e 0,2u -0,5 -8 e 0 -0,5

= 8 e 0,2u -0,5 -8 e -0,5

Diese Integralfunktion soll ja den Wert 13 annehmen, deswegen setzen wir sie gleich :

8 e 0,2u -0,5 -8 e -0,5 = 13 | +8 e -0,5
8 e 0,2u -0,5 = 8 e -0,5 +13
8 e 0,2u -0,5 = 17,8522 |:8
e 0,2u -0,5 = 2,2315 |ln(⋅)
0,2u -0,5 = ln( 2,2315 )
0,2u -0,5 = 0,8027 | +0,5
0,2u = 1,3027 |:0,2
u = 6,5135

Mittelwerte

Beispiel:

Die Menge an Wasser in einem Wassertank zur Zeit x (in min) kann näherungsweise durch die Funktion f mit f(x)= 2 ( 3x -3 ) 3 beschrieben werden. Wieviel Wasser sind während der ersten 2 Minuten durchschnittlich im Tank?

Lösung einblenden

Wir berechnen den Mittelwert mit der üblichen Formel:

m = 1 2 +0 0 2 2 ( 3x -3 ) 3 x

= 1 2 [ 1 6 ( 3x -3 ) 4 ] 0 2

= 1 2 ( 1 6 ( 32 -3 ) 4 - 1 6 ( 30 -3 ) 4 )

= 1 2 ( 1 6 ( 6 -3 ) 4 - 1 6 ( 0 -3 ) 4 )

= 1 2 ( 1 6 3 4 - 1 6 ( -3 ) 4 )

= 1 2 ( 1 6 81 - 1 6 81 )

= 1 2 ( 27 2 - 27 2 )

= 1 2 ( 13,5 -13,5 )

= 1 2 · 0

= 0

uneigentliche Integrale

Beispiel:

Das Schaubild der Funktion f mit f(x)= 3 e -x +1 schließt mit der x-Achse und der Geraden x=2 eine nach rechts offene Fläche ein.
Untersuche, ob der Flächeninhalt endlich ist und bestimme in diesem Fall diesen Flächeninhalt.


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

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

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

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

Für u → ∞ gilt: A(u) = -3 e -u +1 +3 e -1 0 +3 e -1 = 3 e -1 ≈ 1.104

Für den Flächeninhalt (immer positiv) gilt also I = 1.104