Aufgabenbeispiele von Anwendungen

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Integralanwendungen BF

Beispiel:

Aus einem Wasserhahn läuft Wasser mit der Auslaufgeschwindigkeit f(x)= 6 e 3x -4 (in Liter pro Minute) in einen Wassertank. Nach 1 Minuten sind 9 Liter im Tank. Wieviel Liter sind nach 3 Minuten darin?

Lösung einblenden
Zuerst berechnen wir die Änderung des Bestands zwischen 1 und 3:
1 3 6 e 3x -4 x

= [ 2 e 3x -4 ] 1 3

= 2 e 33 -4 -2 e 31 -4

= 2 e 9 -4 -2 e 3 -4

= 2 e 5 -2 e -1


≈ 296,091
Der neue Bestand setzt sich aus dem Anfangsbestand bei 1 und der Änderung zwischen 1 und 3 zusammen:
B = 9 + 2 e 5 -2 e -1 ≈ 305.09

Integralanwendungen

Beispiel:

Die Bewegungsgeschwindigkeit eines Körpers lässt sich nährungsweise durch die Funktion f mit f(x)= 2 x -3 (in m/s, x in Sekunden) beschreiben. Nach 19 s hat er bereits 18 m zurückgelegt. Wie weit ist er nach 28 Sekunden?

Lösung einblenden
Zuerst berechnen wir die Änderung des Bestands zwischen 19 und 28:
19 28 2 x -3 x
= 19 28 2 ( x -3 ) 1 2 x

= [ 4 3 ( x -3 ) 3 2 ] 19 28

= [ 4 3 ( x -3 ) 3 ] 19 28

= 4 3 ( 28 -3 ) 3 - 4 3 ( 19 -3 ) 3

= 4 3 ( 25 ) 3 - 4 3 ( 16 ) 3

= 4 3 5 3 - 4 3 4 3

= 4 3 125 - 4 3 64

= 500 3 - 256 3

= 244 3


≈ 81,333
Der neue Bestand setzt sich aus dem Anfangsbestand bei 19 und der Änderung zwischen 19 und 28 zusammen:
B = 18 + 244 3 = 298 3 ≈ 99.33

Integralfunktion - Gleichung

Beispiel:

Bestimme u > 0 so, dass 0 u 3 e 0,6x -0,8 x = 19

Lösung einblenden
0 u 3 e 0,6x -0,8 x

= [ 5 e 0,6x -0,8 ] 0 u

= 5 e 0,6u -0,8 -5 e 0,60 -0,8

= 5 e 0,6u -0,8 -5 e 0 -0,8

= 5 e 0,6u -0,8 -5 e -0,8

Diese Integralfunktion soll ja den Wert 19 annehmen, deswegen setzen wir sie gleich :

5 e 0,6u -0,8 -5 e -0,8 = 19 | +5 e -0,8
5 e 0,6u -0,8 = 5 e -0,8 +19
5 e 0,6u -0,8 = 21,2466 |:5
e 0,6u -0,8 = 4,2493 |ln(⋅)
0,6u -0,8 = ln( 4,2493 )
0,6u -0,8 = 1,4468 | +0,8
0,6u = 2,2468 |:0,6
u = 3,7447

Mittelwerte

Beispiel:

Die Temperatur an einem Wintertag kann näherungsweise durch die Funktion f mit f(x)= 3 sin( 3x + 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( 3x + π) x

= 2 π [ - cos( 3x + π) ] 1 2 π π

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

= 2 π · ( - cos(4π) + cos( 5 2 π) )

= 2 π · ( -1 +0 )

= - 2 π


≈ -0,637

uneigentliche Integrale

Beispiel:

Das Schaubild der Funktion f mit f(x)= - 3 ( 3x -5 ) 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 ( 3x -5 ) 2 x
= 2 u -3 ( 3x -5 ) -2 x

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

= [ 1 3x -5 ] 2 u

= 1 3u -5 - 1 32 -5

= 1 3u -5 - 1 6 -5

= 1 3u -5 - 1 1

= 1 3u -5 - 1

Für u → ∞ gilt: A(u) = 1 3u -5 -1 0 -1 = -1 ≈ -1

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