Aufgabenbeispiele von Anwendungen

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Integralanwendungen BF

Beispiel:

Die Bewegungsgeschwindigkeit eines Körpers lässt sich nährungsweise durch die Funktion f mit f(x)= 6 ( 3x -5 ) 2 (in m/s, x in Sekunden) beschreiben. Nach 2s hat er bereits 15 m zurückgelegt. Wie weit ist er nach 3 Sekunden?

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

= [ -2 ( 3x -5 ) -1 ] 2 3

= [ - 2 3x -5 ] 2 3

= - 2 33 -5 + 2 32 -5

= - 2 9 -5 + 2 6 -5

= - 2 4 + 2 1

= -2( 1 4 ) +21

= - 1 2 +2

= -0,5 +2

= 1,5


= 1,5
Der neue Bestand setzt sich aus dem Anfangsbestand bei 2 und der Änderung zwischen 2 und 3 zusammen:
B = 15 + 3 2 = 33 2 ≈ 16.5

Integralanwendungen

Beispiel:

Aus einem Wasserhahn läuft Wasser mit der Auslaufgeschwindigkeit f(x)= e x -3 (in Liter pro Minute) in einen Wassertank. Nach 0 Minuten sind 7 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 e x -3 x

= [ e x -3 ] 0 3

= e 3 -3 - e 0 -3

= e 0 - e -3

= 1 - e -3


≈ 0,95
Der neue Bestand setzt sich aus dem Anfangsbestand bei 0 und der Änderung zwischen 0 und 3 zusammen:
B = 7 + - e -3 +1 ≈ 7.95

Integralfunktion - Gleichung

Beispiel:

Bestimme u > 1 so, dass 1 u 6x x = 33,75

Lösung einblenden
1 u 6x x

= [ 3 x 2 ] 1 u

= 3 u 2 -3 1 2

= 3 u 2 -31

= 3 u 2 -3

Diese Integralfunktion soll ja den Wert 33,75 annehmen, deswegen setzen wir sie gleich :

3 u 2 -3 = 33,75 | +3
3 u 2 = 36,75 |:3
u 2 = 12,25 | 2
u1 = - 12,25 = -3,5
u2 = 12,25 = 3,5

Da u= -3,5 < 1 ist u= 3,5 die einzige Lösung.

Mittelwerte

Beispiel:

Die Temperatur an einem Wintertag kann näherungsweise durch die Funktion f mit f(x)= 3 sin( 2x + 1 2 π) beschrieben werden. Bestimme die Durchschnittstemperatur zwischen 1 2 π und π .

Lösung einblenden

Wir berechnen den Mittelwert mit der üblichen Formel:

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

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

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

= 2 π · ( - 3 2 cos( 5 2 π) + 3 2 cos( 3 2 π) )

= 2 π · ( - 3 2 0 + 3 2 0 )

= 2 π · ( 0+0 )

= 2 π · 0

= 0

uneigentliche Integrale

Beispiel:

Das Schaubild der Funktion f mit f(x)= -3 e -2x +4 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 -2x +4 x

= [ 3 2 e -2x +4 ] 1 u

= 3 2 e -2u +4 - 3 2 e -21 +4

= 3 2 e -2u +4 - 3 2 e -2 +4

= 3 2 e -2u +4 - 3 2 e 2

Für u → ∞ gilt: A(u) = 3 2 e -2u +4 - 3 2 e 2 0 - 3 2 e 2 = - 3 2 e 2 ≈ -11.084

Für den Flächeninhalt (immer positiv) gilt also I = 11.084