Aufgabenbeispiele von Anwendungen

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Integralanwendungen BF

Beispiel:

Aus einem Wasserhahn läuft Wasser mit der Auslaufgeschwindigkeit f(x)= 2 ( 3x -7 ) 4 (in Liter pro Minute) in einen Wassertank. Nach 4 Minuten sind 13 Liter im Tank. Wieviel Liter sind nach 6 Minuten darin?

Lösung einblenden
Zuerst berechnen wir die Änderung des Bestands zwischen 4 und 6:
4 6 2 ( 3x -7 ) 4 x
= 4 6 2 ( 3x -7 ) -4 x

= [ - 2 9 ( 3x -7 ) -3 ] 4 6

= [ - 2 9 ( 3x -7 ) 3 ] 4 6

= - 2 9 ( 36 -7 ) 3 + 2 9 ( 34 -7 ) 3

= - 2 9 ( 18 -7 ) 3 + 2 9 ( 12 -7 ) 3

= - 2 9 11 3 + 2 9 5 3

= - 2 9 ( 1 1331 ) + 2 9 ( 1 125 )

= - 2 11979 + 2 1125

= - 250 1497375 + 2662 1497375

= 268 166375


≈ 0,002
Der neue Bestand setzt sich aus dem Anfangsbestand bei 4 und der Änderung zwischen 4 und 6 zusammen:
B = 13 + 268 166375 = 2.163.143 166.375 ≈ 13

Integralanwendungen

Beispiel:

Die Bewegungsgeschwindigkeit eines Körpers lässt sich nährungsweise durch die Funktion f mit f(x)= 1 ( x -2 ) 2 (in m/s, x in Sekunden) beschreiben. Nach 3s hat er bereits 7 m zurückgelegt. Wie weit ist er nach 4 Sekunden?

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

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

= [ - 1 x -2 ] 3 4

= - 1 4 -2 + 1 3 -2

= - 1 2 + 1 1

= -( 1 2 ) + 1

= 1 2


= 0,5
Der neue Bestand setzt sich aus dem Anfangsbestand bei 3 und der Änderung zwischen 3 und 4 zusammen:
B = 7 + 1 2 = 15 2 ≈ 7.5

Integralfunktion - Gleichung

Beispiel:

Bestimme u > 0 so, dass 0 u 4,8 e 0,6x -0,9 x = 11

Lösung einblenden
0 u 4,8 e 0,6x -0,9 x

= [ 8 e 0,6x -0,9 ] 0 u

= 8 e 0,6u -0,9 -8 e 0,60 -0,9

= 8 e 0,6u -0,9 -8 e 0 -0,9

= 8 e 0,6u -0,9 -8 e -0,9

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

8 e 0,6u -0,9 -8 e -0,9 = 11 | +8 e -0,9
8 e 0,6u -0,9 = 8 e -0,9 +11
8 e 0,6u -0,9 = 14,2526 |:8
e 0,6u -0,9 = 1,7816 |ln(⋅)
0,6u -0,9 = ln( 1,7816 )
0,6u -0,9 = 0,5775 | +0,9
0,6u = 1,4775 |:0,6
u = 2,4625

Mittelwerte

Beispiel:

Die Menge eines Wirkstoffs im Blut eines Patienten kann zur Zeit x (in min) näherungsweise durch die Funktion f mit f(x)= 6 ( 2x -3 ) 3 +5 (in mg) beschrieben werden. Berechne die mittlere Wirkstoffmenge in mg zwischen Minute 0 und Minute 3.

Lösung einblenden

Wir berechnen den Mittelwert mit der üblichen Formel:

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

= 1 3 [ 3 4 ( 2x -3 ) 4 +5x ] 0 3

= 1 3 ( 3 4 ( 23 -3 ) 4 +53 - ( 3 4 ( 20 -3 ) 4 +50 ))

= 1 3 ( 3 4 ( 6 -3 ) 4 +15 - ( 3 4 ( 0 -3 ) 4 +0))

= 1 3 ( 3 4 3 4 +15 - ( 3 4 ( -3 ) 4 +0))

= 1 3 ( 3 4 81 +15 - ( 3 4 81 +0))

= 1 3 ( 243 4 +15 - ( 243 4 +0))

= 1 3 ( 243 4 + 60 4 - ( 243 4 +0))

= 1 3 ( 303 4 - 243 4 )

= 1 3 · 15

= 5

uneigentliche Integrale

Beispiel:

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


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

= [ -3 e x -3 ] 1 u

= -3 e u -3 +3 e 1 -3

= -3 e u -3 +3 e -2

Für u → ∞ gilt: A(u) = -3 e u -3 +3 e -2 -