Aufgabenbeispiele von Anwendungen

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Integralanwendungen BF

Beispiel:

Aus einem Wasserhahn läuft Wasser mit der Auslaufgeschwindigkeit f(x)= 2 e 2x -3 (in Liter pro Minute) in einen Wassertank. Nach 1 Minuten sind 2 Liter im Tank. Wieviel Liter sind nach 2 Minuten darin?

Lösung einblenden
Zuerst berechnen wir die Änderung des Bestands zwischen 1 und 2:
1 2 2 e 2x -3 x

= [ e 2x -3 ] 1 2

= e 22 -3 - e 21 -3

= e 4 -3 - e 2 -3

= e 1 - e -1

= e - e -1


≈ 2,35
Der neue Bestand setzt sich aus dem Anfangsbestand bei 1 und der Änderung zwischen 1 und 2 zusammen:
B = 2 + - e -1 + e ≈ 4.35

Integralanwendungen

Beispiel:

Aus einem Wasserhahn läuft Wasser mit der Auslaufgeschwindigkeit f(x)= 3 e 3x -4 (in Liter pro Minute) in einen Wassertank. Nach 1 Minuten sind 15 Liter im Tank. Wieviel Liter sind nach 3 Minuten darin?

Lösung einblenden
Zuerst berechnen wir die Änderung des Bestands zwischen 1 und 3:
1 3 3 e 3x -4 x

= [ e 3x -4 ] 1 3

= e 33 -4 - e 31 -4

= e 9 -4 - e 3 -4

= e 5 - e -1


≈ 148,045
Der neue Bestand setzt sich aus dem Anfangsbestand bei 1 und der Änderung zwischen 1 und 3 zusammen:
B = 15 + e 5 - e -1 ≈ 163.05

Integralfunktion - Gleichung

Beispiel:

Bestimme u > 0 so, dass 0 u 4x x = 12,5

Lösung einblenden
0 u 4x x

= [ 2 x 2 ] 0 u

= 2 u 2 -2 0 2

= 2 u 2 -20

= 2 u 2 +0

= 2 u 2

Diese Integralfunktion soll ja den Wert 12,5 annehmen, deswegen setzen wir sie gleich :

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 Temperatur an einem Wintertag kann näherungsweise durch die Funktion f mit f(x)= sin( 2x - 3 2 π) beschrieben werden. Bestimme die Durchschnittstemperatur zwischen 0 und 3 2 π .

Lösung einblenden

Wir berechnen den Mittelwert mit der üblichen Formel:

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

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

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

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

= 2 3 π · ( - 1 2 0 + 1 2 0 )

= 2 3 π · ( 0+0 )

= 2 3 π · 0

= 0

uneigentliche Integrale

Beispiel:

Das Schaubild der Funktion f mit f(x)= 3 2x -5 schließt mit der x-Achse und der Geraden x=7 eine nach rechts offene Fläche ein.
Untersuche, ob der Flächeninhalt endlich ist und bestimme in diesem Fall diesen Flächeninhalt.


Lösung einblenden
A(u)= 7 u 3 2x -5 x
= 7 u 3 ( 2x -5 ) - 1 2 x

= [ 3 ( 2x -5 ) 1 2 ] 7 u

= [ 3 2x -5 ] 7 u

= 3 2u -5 -3 27 -5

= 3 2u -5 -3 14 -5

= 3 2u -5 -3 9

= 3 2u -5 -33

= 3 2u -5 -9

Für u → ∞ gilt: A(u) = 3 2u -5 -9