Integralanwendungen BF
Beispiel:
Aus einem Wasserhahn läuft Wasser mit der Auslaufgeschwindigkeit f(x)= (in Liter pro Minute) in einen Wassertank. Nach Minuten sind 20 Liter im Tank. Wieviel Liter sind nach Minuten darin?
Lösung einblenden
Zuerst berechnen wir die Änderung des Bestands zwischen und :
=
=
=
=
=
=
=
=
=
Der neue Bestand setzt sich aus dem Anfangsbestand bei und der Änderung zwischen und
zusammen:
B = 20 + =
Integralanwendungen
Beispiel:
Aus einem Wasserhahn läuft Wasser mit der Auslaufgeschwindigkeit f(x)= (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:
=
=
=
5
2
ln(
|
2⋅3
-2
|
)
-
5
2
ln(
|
2⋅2
-2
|
)
=
5
2
ln(
|
6
-2
|
)
-
5
2
ln(
|
4
-2
|
)
=
5
2
ln(
4
)
-
5
2
ln(
|
4
-2
|
)
=
5
2
ln(
4
)
-
5
2
ln(
2
)
≈ 1,733
Der neue Bestand setzt sich aus dem Anfangsbestand bei 2 und der Änderung zwischen 2 und 3
zusammen:
B = 10 +
5
2
ln(
|
4
|
)
-
5
2
ln(
|
2
|
)
≈ 11.73
Integralfunktion - Gleichung
Beispiel:
Bestimme u > 0 so, dass ∫ 0 u -4x ⅆ x = -12,5
Lösung einblenden
∫
0
u
-4x
ⅆ
x
=
[
-2
x
2
]
0
u
=
-2
u
2
+2⋅
0
2
=
-2
u
2
+2⋅0
=
-2
u
2
+0
=
-2
u
2
|
-2
u
2
|
= |
-12,5
|
|:
(
-2
)
|
|
u
2
|
= |
6,25
|
|
⋅2
|
| u1 |
= |
-
6,25
|
=
-2,5
|
| u2 |
= |
6,25
|
=
2,5
|
Da u=
-2,5
< 0 ist u=
2,5
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)= 3 ( 3x -6 ) 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
3
(
3x
-6
)
3
ⅆ
x
=
1
2
[
1
4
(
3x
-6
)
4
]
0
2
=
1
2
(
1
4
⋅
(
3⋅2
-6
)
4
-
1
4
⋅
(
3⋅0
-6
)
4
)
=
1
2
(
1
4
⋅
(
6
-6
)
4
-
1
4
⋅
( 0
-6
)
4
)
=
1
2
(
1
4
⋅
0
4
-
1
4
⋅
( -6 )
4
)
=
1
2
(
1
4
⋅0
-
1
4
⋅1296
)
=
1
2
(0
-324
)
=
-162
uneigentliche Integrale
Beispiel:
Das Schaubild der Funktion f mit f(x)= - 1 ( x -1 ) 3 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
-
1
(
x
-1
)
3
ⅆ
x
=
∫
2
u
-
(
x
-1
)
-3
ⅆ
x
=
[
1
2
(
x
-1
)
-2
]
2
u
=
[
1
2
(
x
-1
)
2
]
2
u
=
1
2
(
u
-1
)
2
-
1
2
(
2
-1
)
2
=
1
2
(
u
-1
)
2
-
1
2⋅
1
2
=
1
2
(
u
-1
)
2
-
1
2
⋅1
=
1
2
(
u
-1
)
2
-
1
2
Für u → ∞ gilt: A(u) =
1
2
(
u
-1
)
2
-
1
2
→
0
-
1
2
=
-
1
2
≈ -0.5
Für den Flächeninhalt (immer positiv) gilt also I = 0.5