Aufgabenbeispiele von Anwendungen

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Integralanwendungen BF

Beispiel:

Die Bewegungsgeschwindigkeit eines Körpers lässt sich nährungsweise durch die Funktion f mit f(x)= x -2 (in m/s, x in Sekunden) beschreiben. Nach 11 s hat er bereits 12 m zurückgelegt. Wie weit ist er nach 18 Sekunden?

Lösung einblenden
Zuerst berechnen wir die Änderung des Bestands zwischen 11 und 18:
11 18 x -2 x
= 11 18 ( x -2 ) 1 2 x

= [ 2 3 ( x -2 ) 3 2 ] 11 18

= [ 2 3 ( x -2 ) 3 ] 11 18

= 2 3 ( 18 -2 ) 3 - 2 3 ( 11 -2 ) 3

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

= 2 3 4 3 - 2 3 3 3

= 2 3 64 - 2 3 27

= 128 3 -18

= 128 3 - 54 3

= 74 3


≈ 24,667
Der neue Bestand setzt sich aus dem Anfangsbestand bei 11 und der Änderung zwischen 11 und 18 zusammen:
B = 12 + 74 3 = 110 3 ≈ 36.67

Integralanwendungen

Beispiel:

Aus einem Wasserhahn läuft Wasser mit der Auslaufgeschwindigkeit f(x)= 3 e x -3 (in Liter pro Minute) in einen Wassertank. Nach 0 Minuten sind 2 Liter im Tank. Wieviel Liter sind nach 2 Minuten darin?

Lösung einblenden
Zuerst berechnen wir die Änderung des Bestands zwischen 0 und 2:
0 2 3 e x -3 x

= [ 3 e x -3 ] 0 2

= 3 e 2 -3 -3 e 0 -3

= 3 e -1 -3 e -3


≈ 0,954
Der neue Bestand setzt sich aus dem Anfangsbestand bei 0 und der Änderung zwischen 0 und 2 zusammen:
B = 2 + 3 e -1 -3 e -3 ≈ 2.95

Integralfunktion - Gleichung

Beispiel:

Bestimme u > 0 so, dass 0 u 3 e 0,5x -0,9 x = 11

Lösung einblenden
0 u 3 e 0,5x -0,9 x

= [ 6 e 0,5x -0,9 ] 0 u

= 6 e 0,5u -0,9 -6 e 0,50 -0,9

= 6 e 0,5u -0,9 -6 e 0 -0,9

= 6 e 0,5u -0,9 -6 e -0,9

Diese Integralfunktion soll ja den Wert 11 annehmen, deswegen setzen wir sie gleich :

6 e 0,5u -0,9 -6 e -0,9 = 11 | +6 e -0,9
6 e 0,5u -0,9 = 6 e -0,9 +11
6 e 0,5u -0,9 = 13,4394 |:6
e 0,5u -0,9 = 2,2399 |ln(⋅)
0,5u -0,9 = ln( 2,2399 )
0,5u -0,9 = 0,8064 | +0,9
0,5u = 1,7064 |:0,5
u = 3,4128

Mittelwerte

Beispiel:

Bestimme den Mittelwert der Funktionswerte von f mit f(x)= e 3x -7 zwischen 1 und 3.

Lösung einblenden

Wir berechnen den Mittelwert mit der üblichen Formel:

m = 1 3 -1 1 3 e 3x -7 x

= 1 2 [ 1 3 e 3x -7 ] 1 3

= 1 2 ( 1 3 e 33 -7 - 1 3 e 31 -7 )

= 1 2 ( 1 3 e 9 -7 - 1 3 e 3 -7 )

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


≈ 1,228

uneigentliche Integrale

Beispiel:

Das Schaubild der Funktion f mit f(x)= 1 2x -4 schließt mit der x-Achse, der Geraden x= 10 und der Geraden x=2 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 10 1 2x -4 x
= u 10 ( 2x -4 ) - 1 2 x

= [ ( 2x -4 ) 1 2 ] u 10

= [ 2x -4 ] u 10

= 210 -4 - 2u -4

= 20 -4 - 2u -4

= 16 - 2u -4

= 4 - 2u -4

= - 2u -4 +4

Für u → 2 (u>2, also von rechts) gilt: A(u) = - 2u -4 +4 0 +4 = 4 ≈ 4

Für den Flächeninhalt (immer positiv) gilt also I = 4