Aufgabenbeispiele von Anwendungen

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Integralanwendungen BF

Beispiel:

Die Bewegungsgeschwindigkeit eines Körpers lässt sich nährungsweise durch die Funktion f mit f(x)= 6 2x -2 (in m/s, x in Sekunden) beschreiben. Nach 11 2 s hat er bereits 10 m zurückgelegt. Wie weit ist er nach 27 2 Sekunden?

Lösung einblenden
Zuerst berechnen wir die Änderung des Bestands zwischen 11 2 und 27 2 :
11 2 27 2 6 2x -2 x
= 11 2 27 2 6 ( 2x -2 ) 1 2 x

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

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

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

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

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

= 2 5 3 -2 3 3

= 2125 -227

= 250 -54

= 196

Der neue Bestand setzt sich aus dem Anfangsbestand bei 11 2 und der Änderung zwischen 11 2 und 27 2 zusammen:
B = 10 + 196 = 206

Integralanwendungen

Beispiel:

Die Bewegungsgeschwindigkeit eines Körpers lässt sich nährungsweise durch die Funktion f mit f(x)= 6 ( x -1 ) 2 (in m/s, x in Sekunden) beschreiben. Nach 3s hat er bereits 8 m zurückgelegt. Wie weit ist er nach 4 Sekunden?

Lösung einblenden
Zuerst berechnen wir die Änderung des Bestands zwischen 3 und 4:
3 4 6 ( x -1 ) 2 x
= 3 4 6 ( x -1 ) -2 x

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

= [ - 6 x -1 ] 3 4

= - 6 4 -1 + 6 3 -1

= - 6 3 + 6 2

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

= -2 +3

= 1

Der neue Bestand setzt sich aus dem Anfangsbestand bei 3 und der Änderung zwischen 3 und 4 zusammen:
B = 8 + 1 = 9

Integralfunktion - Gleichung

Beispiel:

Bestimme u > 0 so, dass 0 u 6x x = 27

Lösung einblenden
0 u 6x x

= [ 3 x 2 ] 0 u

= 3 u 2 -3 0 2

= 3 u 2 -30

= 3 u 2 +0

= 3 u 2

Diese Integralfunktion soll ja den Wert 27 annehmen, deswegen setzen wir sie gleich :

3 u 2 = 27 |:3
u 2 = 9 | 2
u1 = - 9 = -3
u2 = 9 = 3

Da u= -3 < 0 ist u= 3 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)= 5 ( 2x -5 ) 2 +6 beschrieben werden. Wieviel Wasser sind während der ersten 3 Minuten durchschnittlich im Tank?

Lösung einblenden

Wir berechnen den Mittelwert mit der üblichen Formel:

m = 1 3 +0 0 3 ( 5 ( 2x -5 ) 2 +6 ) x

= 1 3 [ 5 6 ( 2x -5 ) 3 +6x ] 0 3

= 1 3 ( 5 6 ( 23 -5 ) 3 +63 - ( 5 6 ( 20 -5 ) 3 +60 ))

= 1 3 ( 5 6 ( 6 -5 ) 3 +18 - ( 5 6 ( 0 -5 ) 3 +0))

= 1 3 ( 5 6 1 3 +18 - ( 5 6 ( -5 ) 3 +0))

= 1 3 ( 5 6 1 +18 - ( 5 6 ( -125 ) +0))

= 1 3 ( 5 6 +18 - ( - 625 6 +0))

= 1 3 ( 5 6 + 108 6 - ( - 625 6 +0))

= 1 3 ( 113 6 + 625 6 )

= 1 3 · 123

= 41

uneigentliche Integrale

Beispiel:

Das Schaubild der Funktion f mit f(x)= e 2x -4 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 e 2x -4 x

= [ 1 2 e 2x -4 ] 0 u

= 1 2 e 2u -4 - 1 2 e 20 -4

= 1 2 e 2u -4 - 1 2 e 0 -4

= 1 2 e 2u -4 - 1 2 e -4

Für u → ∞ gilt: A(u) = 1 2 e 2u -4 - 1 2 e -4