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 2x -2 (in m/s, x in Sekunden) beschreiben. Nach 9 s hat er bereits 14 m zurückgelegt. Wie weit ist er nach 27 2 Sekunden?

Lösung einblenden
Zuerst berechnen wir die Änderung des Bestands zwischen 9 und 27 2 :
9 27 2 2 2x -2 x
= 9 27 2 2 ( 2x -2 ) 1 2 x

= [ 2 3 ( 2x -2 ) 3 2 ] 9 27 2

= [ 2 3 ( 2x -2 ) 3 ] 9 27 2

= 2 3 ( 2( 27 2 ) -2 ) 3 - 2 3 ( 29 -2 ) 3

= 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 9 und der Änderung zwischen 9 und 27 2 zusammen:
B = 14 + 122 3 = 164 3 ≈ 54.67

Integralanwendungen

Beispiel:

Aus einem Wasserhahn läuft Wasser mit der Auslaufgeschwindigkeit f(x)= 6 e 3x -6 (in Liter pro Minute) in einen Wassertank. Nach 0 Minuten sind 12 Liter im Tank. Wieviel Liter sind nach 2 Minuten darin?

Lösung einblenden
Zuerst berechnen wir die Änderung des Bestands zwischen 0 und 2:
0 2 6 e 3x -6 x

= [ 2 e 3x -6 ] 0 2

= 2 e 32 -6 -2 e 30 -6

= 2 e 6 -6 -2 e 0 -6

= 2 e 0 -2 e -6

= 2 -2 e -6


≈ 1,995
Der neue Bestand setzt sich aus dem Anfangsbestand bei 0 und der Änderung zwischen 0 und 2 zusammen:
B = 12 + -2 e -6 +2 ≈ 14

Integralfunktion - Gleichung

Beispiel:

Bestimme u > 0 so, dass 0 u 0,4 e -0,4x +0,3 x = 1

Lösung einblenden
0 u 0,4 e -0,4x +0,3 x

= [ - e -0,4x +0,3 ] 0 u

= - e -0,4u +0,3 + e -0,40 +0,3

= - e -0,4u +0,3 + e 0 +0,3

= - e -0,4u +0,3 + e 0,3

Diese Integralfunktion soll ja den Wert 1 annehmen, deswegen setzen wir sie gleich :

- e -0,4u +0,3 + e 0,3 = 1 | - e 0,3
- e -0,4u +0,3 = - e 0,3 +1
- e -0,4u +0,3 = -0,3499 |:-1
e -0,4u +0,3 = 0,3499 |ln(⋅)
-0,4u +0,3 = ln( 0,3499 )
-0,4u +0,3 = -1,0501 | -0,3
-0,4u = -1,3501 |:(-0,4 )
u = 3,3753

Mittelwerte

Beispiel:

Die Menge an Wasser in einem Wassertank zur Zeit x (in min) kann näherungsweise durch die Funktion f mit f(x)= 2 e x -1 beschrieben werden. Wieviel Wasser sind während der ersten 4 Minuten durchschnittlich im Tank?

Lösung einblenden

Wir berechnen den Mittelwert mit der üblichen Formel:

m = 1 4 +0 0 4 2 e x -1 x

= 1 4 [ 2 e x -1 ] 0 4

= 1 4 ( 2 e 4 -1 -2 e 0 -1 )

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


≈ 9,859

uneigentliche Integrale

Beispiel:

Das Schaubild der Funktion f mit f(x)= 2 x -3 schließt mit der x-Achse und der Geraden x=19 eine nach rechts offene Fläche ein.
Untersuche, ob der Flächeninhalt endlich ist und bestimme in diesem Fall diesen Flächeninhalt.


Lösung einblenden
A(u)= 19 u 2 x -3 x
= 19 u 2 ( x -3 ) - 1 2 x

= [ 4 ( x -3 ) 1 2 ] 19 u

= [ 4 x -3 ] 19 u

= 4 u -3 -4 19 -3

= 4 u -3 -4 16

= 4 u -3 -44

= 4 u -3 -16

Für u → ∞ gilt: A(u) = 4 u -3 -16