Aufgabenbeispiele von Anwendungen

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Integralanwendungen BF

Beispiel:

Aus einem Wasserhahn läuft Wasser mit der Auslaufgeschwindigkeit f(x)= 6 x -3 (in Liter pro Minute) in einen Wassertank. Nach 19 Minuten sind 8 Liter im Tank. Wieviel Liter sind nach 28 Minuten darin?

Lösung einblenden
Zuerst berechnen wir die Änderung des Bestands zwischen 19 und 28:
19 28 6 x -3 x
= 19 28 6 ( x -3 ) 1 2 x

= [ 4 ( x -3 ) 3 2 ] 19 28

= [ 4 ( x -3 ) 3 ] 19 28

= 4 ( 28 -3 ) 3 -4 ( 19 -3 ) 3

= 4 ( 25 ) 3 -4 ( 16 ) 3

= 4 5 3 -4 4 3

= 4125 -464

= 500 -256

= 244

Der neue Bestand setzt sich aus dem Anfangsbestand bei 19 und der Änderung zwischen 19 und 28 zusammen:
B = 8 + 244 = 252

Integralanwendungen

Beispiel:

Aus einem Wasserhahn läuft Wasser mit der Auslaufgeschwindigkeit f(x)= 6 x -2 (in Liter pro Minute) in einen Wassertank. Nach 18 Minuten sind 8 Liter im Tank. Wieviel Liter sind nach 27 Minuten darin?

Lösung einblenden
Zuerst berechnen wir die Änderung des Bestands zwischen 18 und 27:
18 27 6 x -2 x
= 18 27 6 ( x -2 ) 1 2 x

= [ 4 ( x -2 ) 3 2 ] 18 27

= [ 4 ( x -2 ) 3 ] 18 27

= 4 ( 27 -2 ) 3 -4 ( 18 -2 ) 3

= 4 ( 25 ) 3 -4 ( 16 ) 3

= 4 5 3 -4 4 3

= 4125 -464

= 500 -256

= 244

Der neue Bestand setzt sich aus dem Anfangsbestand bei 18 und der Änderung zwischen 18 und 27 zusammen:
B = 8 + 244 = 252

Integralfunktion - Gleichung

Beispiel:

Bestimme u > 0 so, dass 0 u 5,4 e -0,9x +0,2 x = 1

Lösung einblenden
0 u 5,4 e -0,9x +0,2 x

= [ -6 e -0,9x +0,2 ] 0 u

= -6 e -0,9u +0,2 +6 e -0,90 +0,2

= -6 e -0,9u +0,2 +6 e 0 +0,2

= -6 e -0,9u +0,2 +6 e 0,2

Diese Integralfunktion soll ja den Wert 1 annehmen, deswegen setzen wir sie gleich :

-6 e -0,9u +0,2 +6 e 0,2 = 1 | -6 e 0,2
-6 e -0,9u +0,2 = -6 e 0,2 +1
-6 e -0,9u +0,2 = -6,3284 |:-6
e -0,9u +0,2 = 1,0547 |ln(⋅)
-0,9u +0,2 = ln( 1,0547 )
-0,9u +0,2 = 0,0533 | -0,2
-0,9u = -0,1467 |:(-0,9 )
u = 0,163

Mittelwerte

Beispiel:

Die Menge an Wasser in einem Wassertank zur Zeit x (in min) kann näherungsweise durch die Funktion f mit f(x)= 3 ( 2x -4 ) 3 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 3 ( 2x -4 ) 3 x

= 1 3 [ 3 8 ( 2x -4 ) 4 ] 0 3

= 1 3 ( 3 8 ( 23 -4 ) 4 - 3 8 ( 20 -4 ) 4 )

= 1 3 ( 3 8 ( 6 -4 ) 4 - 3 8 ( 0 -4 ) 4 )

= 1 3 ( 3 8 2 4 - 3 8 ( -4 ) 4 )

= 1 3 ( 3 8 16 - 3 8 256 )

= 1 3 ( 6 -96 )

= 1 3 · ( -90 )

= -30

uneigentliche Integrale

Beispiel:

Das Schaubild der Funktion f mit f(x)= 1 x -3 schließt mit der x-Achse und der Geraden x=5 eine nach rechts offene Fläche ein.
Untersuche, ob der Flächeninhalt endlich ist und bestimme in diesem Fall diesen Flächeninhalt.


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

= [ ln( | x -3 | ) ] 5 u

= ln( | u -3 | ) - ln( | 5 -3 | )

= ln( | u -3 | ) - ln( 2 )

Für u → ∞ gilt: A(u) = - ln( 2 ) + ln( | x -3 | )