Aufgabenbeispiele von Anwendungen

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Integralanwendungen BF

Beispiel:

Aus einem Wasserhahn läuft Wasser mit der Auslaufgeschwindigkeit f(x)= e x -3 (in Liter pro Minute) in einen Wassertank. Nach 1 Minuten sind 16 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 e x -3 x

= [ e x -3 ] 1 4

= e 4 -3 - e 1 -3

= e 1 - e -2

= e - e -2


≈ 2,583
Der neue Bestand setzt sich aus dem Anfangsbestand bei 1 und der Änderung zwischen 1 und 4 zusammen:
B = 16 + - e -2 + e ≈ 18.58

Integralanwendungen

Beispiel:

Aus einem Wasserhahn läuft Wasser mit der Auslaufgeschwindigkeit f(x)= 6 ( 2x -1 ) 2 (in Liter pro Minute) in einen Wassertank. Nach 2 Minuten sind 17 Liter im Tank. Wieviel Liter sind nach 5 Minuten darin?

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

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

= [ - 3 2x -1 ] 2 5

= - 3 25 -1 + 3 22 -1

= - 3 10 -1 + 3 4 -1

= - 3 9 + 3 3

= -3( 1 9 ) +3( 1 3 )

= - 1 3 +1

= - 1 3 + 3 3

= 2 3


≈ 0,667
Der neue Bestand setzt sich aus dem Anfangsbestand bei 2 und der Änderung zwischen 2 und 5 zusammen:
B = 17 + 2 3 = 53 3 ≈ 17.67

Integralfunktion - Gleichung

Beispiel:

Bestimme u > 0 so, dass 0 u 1,8 e 0,3x -0,7 x = 6

Lösung einblenden
0 u 1,8 e 0,3x -0,7 x

= [ 6 e 0,3x -0,7 ] 0 u

= 6 e 0,3u -0,7 -6 e 0,30 -0,7

= 6 e 0,3u -0,7 -6 e 0 -0,7

= 6 e 0,3u -0,7 -6 e -0,7

Diese Integralfunktion soll ja den Wert 6 annehmen, deswegen setzen wir sie gleich :

6 e 0,3u -0,7 -6 e -0,7 = 6 | +6 e -0,7
6 e 0,3u -0,7 = 6 e -0,7 +6
6 e 0,3u -0,7 = 8,9795 |:6
e 0,3u -0,7 = 1,4966 |ln(⋅)
0,3u -0,7 = ln( 1,4966 )
0,3u -0,7 = 0,4032 | +0,7
0,3u = 1,1032 |:0,3
u = 3,6773

Mittelwerte

Beispiel:

Die Temperatur an einem Wintertag kann näherungsweise durch die Funktion f mit f(x)= 2 sin( x - π) beschrieben werden. Bestimme die Durchschnittstemperatur zwischen 0 und 1 2 π .

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Wir berechnen den Mittelwert mit der üblichen Formel:

m = 1 1 2 π+0 0 1 2 π 2 sin( x - π) x

= 2 π [ -2 cos( x - π) ] 0 1 2 π

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

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

= 2 π · ( -20 +2( -1 ) )

= 2 π · ( 0 -2 )

= 2 π · ( -2 )

= - 4 π


≈ -1,273

uneigentliche Integrale

Beispiel:

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

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

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

= - 1 3 ( -3u +3 ) 2 + 1 3 ( -33 +3 ) 2

= - 1 3 ( -3u +3 ) 2 + 1 3 ( -9 +3 ) 2

= - 1 3 ( -3u +3 ) 2 + 1 3 ( -6 ) 2

= - 1 3 ( -3u +3 ) 2 + 1 3 ( 1 36 )

= - 1 3 ( -3u +3 ) 2 + 1 108

Für u → ∞ gilt: A(u) = - 1 3 ( -3u +3 ) 2 + 1 108 0 + 1 108 = 1 108 ≈ 0.009

Für den Flächeninhalt (immer positiv) gilt also I = 0.009