Aufgabenbeispiele von Anwendungen

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Integralanwendungen BF

Beispiel:

Die Bewegungsgeschwindigkeit eines Körpers lässt sich nährungsweise durch die Funktion f mit f(x)= x -2 (in m/s, x in Sekunden) beschreiben. Nach 18 s hat er bereits 8 m zurückgelegt. Wie weit ist er nach 27 Sekunden?

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

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

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

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

= 2 3 ( 25 ) 3 - 2 3 ( 16 ) 3

= 2 3 5 3 - 2 3 4 3

= 2 3 125 - 2 3 64

= 250 3 - 128 3

= 122 3


≈ 40,667
Der neue Bestand setzt sich aus dem Anfangsbestand bei 18 und der Änderung zwischen 18 und 27 zusammen:
B = 8 + 122 3 = 146 3 ≈ 48.67

Integralanwendungen

Beispiel:

Die Bewegungsgeschwindigkeit eines Körpers lässt sich nährungsweise durch die Funktion f mit f(x)= 4 3x -3 (in m/s, x in Sekunden) beschreiben. Nach 7 3 s hat er bereits 2 m zurückgelegt. Wie weit ist er nach 19 3 Sekunden?

Lösung einblenden
Zuerst berechnen wir die Änderung des Bestands zwischen 7 3 und 19 3 :
7 3 19 3 4 3x -3 x
= 7 3 19 3 4 ( 3x -3 ) 1 2 x

= [ 8 9 ( 3x -3 ) 3 2 ] 7 3 19 3

= [ 8 9 ( 3x -3 ) 3 ] 7 3 19 3

= 8 9 ( 3( 19 3 ) -3 ) 3 - 8 9 ( 3( 7 3 ) -3 ) 3

= 8 9 ( 19 -3 ) 3 - 8 9 ( 7 -3 ) 3

= 8 9 ( 16 ) 3 - 8 9 ( 4 ) 3

= 8 9 4 3 - 8 9 2 3

= 8 9 64 - 8 9 8

= 512 9 - 64 9

= 448 9


≈ 49,778
Der neue Bestand setzt sich aus dem Anfangsbestand bei 7 3 und der Änderung zwischen 7 3 und 19 3 zusammen:
B = 2 + 448 9 = 466 9 ≈ 51.78

Integralfunktion - Gleichung

Beispiel:

Bestimme u > 1 so, dass 1 u ( -8x -2 ) x = -176

Lösung einblenden
1 u ( -8x -2 ) x

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

= -4 u 2 -2u - ( -4 1 2 -21 )

= -4 u 2 -2u - ( -41 -2 )

= -4 u 2 -2u - ( -4 -2 )

= -4 u 2 -2u -1 · ( -6 )

= -4 u 2 -2u +6

Diese Integralfunktion soll ja den Wert -176 annehmen, deswegen setzen wir sie gleich :

-4 u 2 -2u +6 = -176 | +176
-4 u 2 -2u +182 = 0 |:2

-2 u 2 - u +91 = 0

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

u1,2 = +1 ± ( -1 ) 2 -4 · ( -2 ) · 91 2( -2 )

u1,2 = +1 ± 1 +728 -4

u1,2 = +1 ± 729 -4

u1 = 1 + 729 -4 = 1 +27 -4 = 28 -4 = -7

u2 = 1 - 729 -4 = 1 -27 -4 = -26 -4 = 6,5

Da u= -7 < 1 ist u= 6,5 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)= ( x -1 ) 2 +6x beschrieben werden. Wieviel Wasser sind während der ersten 1 Minuten durchschnittlich im Tank?

Lösung einblenden

Wir berechnen den Mittelwert mit der üblichen Formel:

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

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

= 1 3 ( 1 -1 ) 3 +3 1 2 - ( 1 3 ( 0 -1 ) 3 +3 0 2 )

= 1 3 0 3 +31 - ( 1 3 ( -1 ) 3 +30 )

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

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

= 3 - ( - 1 3 +0)

= 3 + 1 3

= 9 3 + 1 3

= 10 3


≈ 3,333

uneigentliche Integrale

Beispiel:

Das Schaubild der Funktion f mit f(x)= - 3 ( -x +2 ) 3 schließt mit der x-Achse und der Geraden x=3 eine nach rechts offene Fläche ein.
Untersuche, ob der Flächeninhalt endlich ist und bestimme in diesem Fall diesen Flächeninhalt.


Lösung einblenden
A(u)= 3 u - 3 ( -x +2 ) 3 x
= 3 u -3 ( -x +2 ) -3 x

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

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

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

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

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

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

Für u → ∞ gilt: A(u) = - 3 2 ( -u +2 ) 2 + 3 2 0 + 3 2 = 3 2 ≈ 1.5

Für den Flächeninhalt (immer positiv) gilt also I = 1.5