Aufgabenbeispiele von Anwendungen

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Integralanwendungen BF

Beispiel:

Aus einem Wasserhahn läuft Wasser mit der Auslaufgeschwindigkeit f(x)= 1 ( 3x -5 ) 3 (in Liter pro Minute) in einen Wassertank. Nach 2 Minuten sind 13 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 1 ( 3x -5 ) 3 x
= 2 4 ( 3x -5 ) -3 x

= [ - 1 6 ( 3x -5 ) -2 ] 2 4

= [ - 1 6 ( 3x -5 ) 2 ] 2 4

= - 1 6 ( 34 -5 ) 2 + 1 6 ( 32 -5 ) 2

= - 1 6 ( 12 -5 ) 2 + 1 6 ( 6 -5 ) 2

= - 1 6 7 2 + 1 6 1 2

= - 1 6 ( 1 49 ) + 1 6 1

= - 1 294 + 1 6

= - 1 294 + 49 294

= 8 49


≈ 0,163
Der neue Bestand setzt sich aus dem Anfangsbestand bei 2 und der Änderung zwischen 2 und 4 zusammen:
B = 13 + 8 49 = 645 49 ≈ 13.16

Integralanwendungen

Beispiel:

Aus einem Wasserhahn läuft Wasser mit der Auslaufgeschwindigkeit f(x)= x -2 (in Liter pro Minute) in einen Wassertank. Nach 11 Minuten sind 10 Liter im Tank. Wieviel Liter sind nach 27 Minuten darin?

Lösung einblenden
Zuerst berechnen wir die Änderung des Bestands zwischen 11 und 27:
11 27 x -2 x
= 11 27 ( x -2 ) 1 2 x

= [ 2 3 ( x -2 ) 3 2 ] 11 27

= [ 2 3 ( x -2 ) 3 ] 11 27

= 2 3 ( 27 -2 ) 3 - 2 3 ( 11 -2 ) 3

= 2 3 ( 25 ) 3 - 2 3 ( 9 ) 3

= 2 3 5 3 - 2 3 3 3

= 2 3 125 - 2 3 27

= 250 3 -18

= 250 3 - 54 3

= 196 3


≈ 65,333
Der neue Bestand setzt sich aus dem Anfangsbestand bei 11 und der Änderung zwischen 11 und 27 zusammen:
B = 10 + 196 3 = 226 3 ≈ 75.33

Integralfunktion - Gleichung

Beispiel:

Bestimme u > 3 so, dass 3 u 4x x = 144

Lösung einblenden
3 u 4x x

= [ 2 x 2 ] 3 u

= 2 u 2 -2 3 2

= 2 u 2 -29

= 2 u 2 -18

Diese Integralfunktion soll ja den Wert 144 annehmen, deswegen setzen wir sie gleich :

2 u 2 -18 = 144 | +18
2 u 2 = 162 |:2
u 2 = 81 | 2
u1 = - 81 = -9
u2 = 81 = 9

Da u= -9 < 3 ist u= 9 die einzige Lösung.

Mittelwerte

Beispiel:

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

= 2 π [ - 2 3 cos( 3x + 1 2 π) ] 0 1 2 π

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

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

= 2 π · ( - 2 3 1 + 2 3 0 )

= 2 π · ( - 2 3 +0 )

= 2 π · ( - 2 3 +0 )

= 2 π · ( - 2 3 )

= - 4 3 π


≈ -0,424

uneigentliche Integrale

Beispiel:

Das Schaubild der Funktion f mit f(x)= 2 e x -1 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 2 e x -1 x

= [ 2 e x -1 ] 0 u

= 2 e u -1 -2 e 0 -1

= 2 e u -1 -2 e -1

Für u → ∞ gilt: A(u) = 2 e u -1 -2 e -1