Aufgabenbeispiele von Anwendungen

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Integralanwendungen BF

Beispiel:

Die Bewegungsgeschwindigkeit eines Körpers lässt sich nährungsweise durch die Funktion f mit f(x)= 2 3x -6 (in m/s, x in Sekunden) beschreiben. Nach 5 s hat er bereits 2 m zurückgelegt. Wie weit ist er nach 22 3 Sekunden?

Lösung einblenden
Zuerst berechnen wir die Änderung des Bestands zwischen 5 und 22 3 :
5 22 3 2 3x -6 x
= 5 22 3 2 ( 3x -6 ) 1 2 x

= [ 4 9 ( 3x -6 ) 3 2 ] 5 22 3

= [ 4 9 ( 3x -6 ) 3 ] 5 22 3

= 4 9 ( 3( 22 3 ) -6 ) 3 - 4 9 ( 35 -6 ) 3

= 4 9 ( 22 -6 ) 3 - 4 9 ( 15 -6 ) 3

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

= 4 9 4 3 - 4 9 3 3

= 4 9 64 - 4 9 27

= 256 9 -12

= 256 9 - 108 9

= 148 9


≈ 16,444
Der neue Bestand setzt sich aus dem Anfangsbestand bei 5 und der Änderung zwischen 5 und 22 3 zusammen:
B = 2 + 148 9 = 166 9 ≈ 18.44

Integralanwendungen

Beispiel:

Aus einem Wasserhahn läuft Wasser mit der Auslaufgeschwindigkeit f(x)= 5 e 3x -5 (in Liter pro Minute) in einen Wassertank. Nach 0 Minuten sind 15 Liter im Tank. Wieviel Liter sind nach 1 Minuten darin?

Lösung einblenden
Zuerst berechnen wir die Änderung des Bestands zwischen 0 und 1:
0 1 5 e 3x -5 x

= [ 5 3 e 3x -5 ] 0 1

= 5 3 e 31 -5 - 5 3 e 30 -5

= 5 3 e 3 -5 - 5 3 e 0 -5

= 5 3 e -2 - 5 3 e -5


≈ 0,214
Der neue Bestand setzt sich aus dem Anfangsbestand bei 0 und der Änderung zwischen 0 und 1 zusammen:
B = 15 + 5 3 e -2 - 5 3 e -5 ≈ 15.21

Integralfunktion - Gleichung

Beispiel:

Bestimme u > 1 so, dass 1 u 2x x = 3

Lösung einblenden
1 u 2x x

= [ x 2 ] 1 u

= u 2 - 1 2

= u 2 - 1

Diese Integralfunktion soll ja den Wert 3 annehmen, deswegen setzen wir sie gleich :

u 2 -1 = 3 | +1
u 2 = 4 | 2
u1 = - 4 = -2
u2 = 4 = 2

Da u= -2 < 1 ist u= 2 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 ) 2 +3x 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 ) 2 +3x ) x

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

= 1 2 ( 1 3 ( 32 -6 ) 3 + 3 2 2 2 - ( 1 3 ( 30 -6 ) 3 + 3 2 0 2 ))

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

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

= 1 2 ( 1 3 0 +6 - ( 1 3 ( -216 ) +0))

= 1 2 (0 +6 - ( -72 +0))

= 1 2 ( 6 +72 )

= 1 2 · 78

= 39

uneigentliche Integrale

Beispiel:

Das Schaubild der Funktion f mit f(x)= -2 e -2x +5 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 -2 e -2x +5 x

= [ e -2x +5 ] 2 u

= e -2u +5 - e -22 +5

= e -2u +5 - e -4 +5

= e -2u +5 - e 1

= e -2u +5 - e

Für u → ∞ gilt: A(u) = e -2u +5 - e 0 - e = -e ≈ -2.718

Für den Flächeninhalt (immer positiv) gilt also I = 2.718