Aufgabenbeispiele von Anwendungen

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Integralanwendungen BF

Beispiel:

Aus einem Wasserhahn läuft Wasser mit der Auslaufgeschwindigkeit f(x)= 6 e 3x -5 (in Liter pro Minute) in einen Wassertank. Nach 0 Minuten sind 17 Liter im Tank. Wieviel Liter sind nach 3 Minuten darin?

Lösung einblenden
Zuerst berechnen wir die Änderung des Bestands zwischen 0 und 3:
0 3 6 e 3x -5 x

= [ 2 e 3x -5 ] 0 3

= 2 e 33 -5 -2 e 30 -5

= 2 e 9 -5 -2 e 0 -5

= 2 e 4 -2 e -5


≈ 109,183
Der neue Bestand setzt sich aus dem Anfangsbestand bei 0 und der Änderung zwischen 0 und 3 zusammen:
B = 17 + 2 e 4 -2 e -5 ≈ 126.18

Integralanwendungen

Beispiel:

Aus einem Wasserhahn läuft Wasser mit der Auslaufgeschwindigkeit f(x)= 3 2x -4 (in Liter pro Minute) in einen Wassertank. Nach 10 Minuten sind 17 Liter im Tank. Wieviel Liter sind nach 29 2 Minuten darin?

Lösung einblenden
Zuerst berechnen wir die Änderung des Bestands zwischen 10 und 29 2 :
10 29 2 3 2x -4 x
= 10 29 2 3 ( 2x -4 ) 1 2 x

= [ ( 2x -4 ) 3 2 ] 10 29 2

= [ ( 2x -4 ) 3 ] 10 29 2

= ( 2( 29 2 ) -4 ) 3 - ( 210 -4 ) 3

= ( 29 -4 ) 3 - ( 20 -4 ) 3

= ( 25 ) 3 - ( 16 ) 3

= 5 3 - 4 3

= 125 - 64

= 61

Der neue Bestand setzt sich aus dem Anfangsbestand bei 10 und der Änderung zwischen 10 und 29 2 zusammen:
B = 17 + 61 = 78

Integralfunktion - Gleichung

Beispiel:

Bestimme u > 3 so, dass 3 u -8x x = -108

Lösung einblenden
3 u -8x x

= [ -4 x 2 ] 3 u

= -4 u 2 +4 3 2

= -4 u 2 +49

= -4 u 2 +36

Diese Integralfunktion soll ja den Wert -108 annehmen, deswegen setzen wir sie gleich :

-4 u 2 +36 = -108 | -36
-4 u 2 = -144 |: ( -4 )
u 2 = 36 | 2
u1 = - 36 = -6
u2 = 36 = 6

Da u= -6 < 3 ist u= 6 die einzige Lösung.

Mittelwerte

Beispiel:

Die Menge eines Wirkstoffs im Blut eines Patienten kann zur Zeit x (in min) näherungsweise durch die Funktion f mit f(x)= ( 2x -3 ) 2 (in mg) beschrieben werden. Berechne die mittlere Wirkstoffmenge in mg zwischen Minute 2 und Minute 4.

Lösung einblenden

Wir berechnen den Mittelwert mit der üblichen Formel:

m = 1 4 -2 2 4 ( 2x -3 ) 2 x

= 1 2 [ 1 6 ( 2x -3 ) 3 ] 2 4

= 1 2 ( 1 6 ( 24 -3 ) 3 - 1 6 ( 22 -3 ) 3 )

= 1 2 ( 1 6 ( 8 -3 ) 3 - 1 6 ( 4 -3 ) 3 )

= 1 2 ( 1 6 5 3 - 1 6 1 3 )

= 1 2 ( 1 6 125 - 1 6 1 )

= 1 2 ( 125 6 - 1 6 )

= 1 2 · 62 3

= 31 3


≈ 10,333

uneigentliche Integrale

Beispiel:

Das Schaubild der Funktion f mit f(x)= 3 ( 2x -2 ) 2 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 3 ( 2x -2 ) 2 x
= 2 u 3 ( 2x -2 ) -2 x

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

= [ - 3 2( 2x -2 ) ] 2 u

= - 3 2( 2u -2 ) + 3 2( 22 -2 )

= - 3 2( 2u -2 ) + 3 2( 4 -2 )

= - 3 2( 2u -2 ) + 3 2 2

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

= - 3 2( 2u -2 ) + 3 4

Für u → ∞ gilt: A(u) = - 3 2( 2u -2 ) + 3 4 0 + 3 4 = 3 4 ≈ 0.75

Für den Flächeninhalt (immer positiv) gilt also I = 0.75