Aufgabenbeispiele von Anwendungen

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Integralanwendungen BF

Beispiel:

Aus einem Wasserhahn läuft Wasser mit der Auslaufgeschwindigkeit f(x)= 3 2x -5 (in Liter pro Minute) in einen Wassertank. Nach 7 Minuten sind 4 Liter im Tank. Wieviel Liter sind nach 21 2 Minuten darin?

Lösung einblenden
Zuerst berechnen wir die Änderung des Bestands zwischen 7 und 21 2 :
7 21 2 3 2x -5 x
= 7 21 2 3 ( 2x -5 ) 1 2 x

= [ ( 2x -5 ) 3 2 ] 7 21 2

= [ ( 2x -5 ) 3 ] 7 21 2

= ( 2( 21 2 ) -5 ) 3 - ( 27 -5 ) 3

= ( 21 -5 ) 3 - ( 14 -5 ) 3

= ( 16 ) 3 - ( 9 ) 3

= 4 3 - 3 3

= 64 - 27

= 37

Der neue Bestand setzt sich aus dem Anfangsbestand bei 7 und der Änderung zwischen 7 und 21 2 zusammen:
B = 4 + 37 = 41

Integralanwendungen

Beispiel:

Aus einem Wasserhahn läuft Wasser mit der Auslaufgeschwindigkeit f(x)= 5 e 2x -4 (in Liter pro Minute) in einen Wassertank. Nach 1 Minuten sind 15 Liter im Tank. Wieviel Liter sind nach 4 Minuten darin?

Lösung einblenden
Zuerst berechnen wir die Änderung des Bestands zwischen 1 und 4:
1 4 5 e 2x -4 x

= [ 5 2 e 2x -4 ] 1 4

= 5 2 e 24 -4 - 5 2 e 21 -4

= 5 2 e 8 -4 - 5 2 e 2 -4

= 5 2 e 4 - 5 2 e -2


≈ 136,157
Der neue Bestand setzt sich aus dem Anfangsbestand bei 1 und der Änderung zwischen 1 und 4 zusammen:
B = 15 + 5 2 e 4 - 5 2 e -2 ≈ 151.16

Integralfunktion - Gleichung

Beispiel:

Bestimme u > 2 so, dass 2 u ( -8x +4 ) x = -216

Lösung einblenden
2 u ( -8x +4 ) x

= [ -4 x 2 +4x ] 2 u

= -4 u 2 +4u - ( -4 2 2 +42 )

= -4 u 2 +4u - ( -44 +8 )

= -4 u 2 +4u - ( -16 +8 )

= -4 u 2 +4u -1 · ( -8 )

= -4 u 2 +4u +8

Diese Integralfunktion soll ja den Wert -216 annehmen, deswegen setzen wir sie gleich :

-4 u 2 +4u +8 = -216 | +216
-4 u 2 +4u +224 = 0 |:4

- u 2 + u +56 = 0

eingesetzt in die Mitternachtsformel (a-b-c-Formel):

u1,2 = -1 ± 1 2 -4 · ( -1 ) · 56 2( -1 )

u1,2 = -1 ± 1 +224 -2

u1,2 = -1 ± 225 -2

u1 = -1 + 225 -2 = -1 +15 -2 = 14 -2 = -7

u2 = -1 - 225 -2 = -1 -15 -2 = -16 -2 = 8

Da u= -7 < 2 ist u= 8 die einzige Lösung.

Mittelwerte

Beispiel:

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

Lösung einblenden

Wir berechnen den Mittelwert mit der üblichen Formel:

m = 1 π+0 0 π sin( 2x - π) x

= 1 π [ - 1 2 cos( 2x - π) ] 0 π

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

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

= 1 π · ( - 1 2 ( -1 ) + 1 2 ( -1 ) )

= 1 π · ( 1 2 - 1 2 )

= 1 π · ( 0,5 -0,5 )

= 1 π · 0

= 0

uneigentliche Integrale

Beispiel:

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

= [ e 3x -3 ] 1 u

= e 3u -3 - e 31 -3

= e 3u -3 - e 3 -3

= e 3u -3 - e 0

= e 3u -3 -1

Für u → ∞ gilt: A(u) = e 3u -3 -1