Aufgabenbeispiele von Anwendungen

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Integralanwendungen BF

Beispiel:

Die Bewegungsgeschwindigkeit eines Körpers lässt sich nährungsweise durch die Funktion f mit f(x)= 2 3x -6 (in m/s, x in Sekunden) beschreiben. Nach 5 s hat er bereits 13 m zurückgelegt. Wie weit ist er nach 22 3 Sekunden?

Lösung einblenden
Zuerst berechnen wir die Änderung des Bestands zwischen 5 und 22 3 :
5 22 3 2 3x -6 x
= 5 22 3 2 ( 3x -6 ) 1 2 x

= [ 4 9 ( 3x -6 ) 3 2 ] 5 22 3

= [ 4 9 ( 3x -6 ) 3 ] 5 22 3

= 4 9 ( 3( 22 3 ) -6 ) 3 - 4 9 ( 35 -6 ) 3

= 4 9 ( 22 -6 ) 3 - 4 9 ( 15 -6 ) 3

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

= 4 9 4 3 - 4 9 3 3

= 4 9 64 - 4 9 27

= 256 9 -12

= 256 9 - 108 9

= 148 9


≈ 16,444
Der neue Bestand setzt sich aus dem Anfangsbestand bei 5 und der Änderung zwischen 5 und 22 3 zusammen:
B = 13 + 148 9 = 265 9 ≈ 29.44

Integralanwendungen

Beispiel:

Aus einem Wasserhahn läuft Wasser mit der Auslaufgeschwindigkeit f(x)= e x -1 (in Liter pro Minute) in einen Wassertank. Nach 1 Minuten sind 9 Liter im Tank. Wieviel Liter sind nach 2 Minuten darin?

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

= [ e x -1 ] 1 2

= e 2 -1 - e 1 -1

= e 1 - e 0

= e -1


≈ 1,718
Der neue Bestand setzt sich aus dem Anfangsbestand bei 1 und der Änderung zwischen 1 und 2 zusammen:
B = 9 + -1 + e ≈ 10.72

Integralfunktion - Gleichung

Beispiel:

Bestimme u > 2 so, dass 2 u -8x x = -273

Lösung einblenden
2 u -8x x

= [ -4 x 2 ] 2 u

= -4 u 2 +4 2 2

= -4 u 2 +44

= -4 u 2 +16

Diese Integralfunktion soll ja den Wert -273 annehmen, deswegen setzen wir sie gleich :

-4 u 2 +16 = -273 | -16
-4 u 2 = -289 |: ( -4 )
u 2 = 289 4 | 2
u1 = - 289 4 = - 17 2
u2 = 289 4 = 17 2

Da u= - 17 2 < 2 ist u= 17 2 die einzige Lösung.

Mittelwerte

Beispiel:

Bestimme den Mittelwert der Funktionswerte von f mit f(x)= sin( x - 1 2 π) zwischen 1 2 π und 3 2 π .

Lösung einblenden

Wir berechnen den Mittelwert mit der üblichen Formel:

m = 1 3 2 π - 1 2 π 1 2 π 3 2 π sin( x - 1 2 π) x

= 1 π [ - cos( x - 1 2 π) ] 1 2 π 3 2 π

= 1 π · ( - cos( 3 2 π - 1 2 π) + cos( 1 2 π - 1 2 π) )

= 1 π · ( - cos(π) + cos(0) )

= 1 π · ( -( -1 ) +1 )

= 1 π · ( 1 +1 )

= 1 π · 2

= 2 π


≈ 0,637

uneigentliche Integrale

Beispiel:

Das Schaubild der Funktion f mit f(x)= - 2 ( x -3 ) 3 schließt mit der x-Achse und der Geraden x=4 eine nach rechts offene Fläche ein.
Untersuche, ob der Flächeninhalt endlich ist und bestimme in diesem Fall diesen Flächeninhalt.


Lösung einblenden
A(u)= 4 u - 2 ( x -3 ) 3 x
= 4 u -2 ( x -3 ) -3 x

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

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

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

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

= 1 ( u -3 ) 2 - 1

Für u → ∞ gilt: A(u) = 1 ( u -3 ) 2 -1 0 -1 = -1 ≈ -1

Für den Flächeninhalt (immer positiv) gilt also I = 1