Aufgabenbeispiele von Anwendungen

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Integralanwendungen BF

Beispiel:

Aus einem Wasserhahn läuft Wasser mit der Auslaufgeschwindigkeit f(x)= 5 ( 2x -3 ) 4 (in Liter pro Minute) in einen Wassertank. Nach 2 Minuten sind 11 Liter im Tank. Wieviel Liter sind nach 4 Minuten darin?

Lösung einblenden
Zuerst berechnen wir die Änderung des Bestands zwischen 2 und 4:
2 4 5 ( 2x -3 ) 4 x
= 2 4 5 ( 2x -3 ) -4 x

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

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

= - 5 6 ( 24 -3 ) 3 + 5 6 ( 22 -3 ) 3

= - 5 6 ( 8 -3 ) 3 + 5 6 ( 4 -3 ) 3

= - 5 6 5 3 + 5 6 1 3

= - 5 6 ( 1 125 ) + 5 6 1

= - 1 150 + 5 6

= - 1 150 + 125 150

= 62 75


≈ 0,827
Der neue Bestand setzt sich aus dem Anfangsbestand bei 2 und der Änderung zwischen 2 und 4 zusammen:
B = 11 + 62 75 = 887 75 ≈ 11.83

Integralanwendungen

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 2s hat er bereits 10 m zurückgelegt. Wie weit ist er nach 5 Sekunden?

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

= [ ln( | 2x -2 | ) ] 2 5

= ln( | 25 -2 | ) - ln( | 22 -2 | )

= ln( | 10 -2 | ) - ln( | 4 -2 | )

= ln( 8 ) - ln( | 4 -2 | )

= ln( 8 ) - ln( 2 )


≈ 1,386
Der neue Bestand setzt sich aus dem Anfangsbestand bei 2 und der Änderung zwischen 2 und 5 zusammen:
B = 10 + ln( | 8 | ) - ln( | 2 | ) ≈ 11.39

Integralfunktion - Gleichung

Beispiel:

Bestimme u > 2 so, dass 2 u -6x x = -258,75

Lösung einblenden
2 u -6x x

= [ -3 x 2 ] 2 u

= -3 u 2 +3 2 2

= -3 u 2 +34

= -3 u 2 +12

Diese Integralfunktion soll ja den Wert -258,75 annehmen, deswegen setzen wir sie gleich :

-3 u 2 +12 = -258,75 | -12
-3 u 2 = -270,75 |: ( -3 )
u 2 = 90,25 | 2
u1 = - 90,25 = -9,5
u2 = 90,25 = 9,5

Da u= -9,5 < 2 ist u= 9,5 die einzige Lösung.

Mittelwerte

Beispiel:

Die Menge an Wasser in einem Wassertank zur Zeit x (in min) kann näherungsweise durch die Funktion f mit f(x)= 3 e 2x -3 beschrieben werden. Wieviel Wasser sind während der ersten 2 Minuten durchschnittlich im Tank?

Lösung einblenden

Wir berechnen den Mittelwert mit der üblichen Formel:

m = 1 2 +0 0 2 3 e 2x -3 x

= 1 2 [ 3 2 e 2x -3 ] 0 2

= 1 2 ( 3 2 e 22 -3 - 3 2 e 20 -3 )

= 1 2 ( 3 2 e 4 -3 - 3 2 e 0 -3 )

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

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

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


≈ 2,001

uneigentliche Integrale

Beispiel:

Das Schaubild der Funktion f mit f(x)= - 1 x schließt mit der x-Achse, der Geraden x= 9 und der y-Achse eine nach oben bzw. unten offene Fläche ein.
Untersuche, ob der Flächeninhalt endlich ist und bestimme in diesem Fall diesen Flächeninhalt.


Lösung einblenden
A(u)= u 9 - 1 x x
= u 9 - 1 x x
= u 9 - x - 1 2 x

= [ -2 x 1 2 ] u 9

= [ -2 x ] u 9

= -2 9 +2 u

= -23 +2 u

= -6 +2 u

Für u → 0 (u>0, also von rechts) gilt: A(u) = 2 u -6 0 -6 = -6 ≈ -6

Für den Flächeninhalt (immer positiv) gilt also I = 6