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 -5 ) 2 (in m/s, x in Sekunden) beschreiben. Nach 3s hat er bereits 8 m zurückgelegt. Wie weit ist er nach 6 Sekunden?

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

= [ - ( 2x -5 ) -1 ] 3 6

= [ - 1 2x -5 ] 3 6

= - 1 26 -5 + 1 23 -5

= - 1 12 -5 + 1 6 -5

= - 1 7 + 1 1

= -( 1 7 ) + 1

= 6 7


≈ 0,857
Der neue Bestand setzt sich aus dem Anfangsbestand bei 3 und der Änderung zwischen 3 und 6 zusammen:
B = 8 + 6 7 = 62 7 ≈ 8.86

Integralanwendungen

Beispiel:

Die Bewegungsgeschwindigkeit eines Körpers lässt sich nährungsweise durch die Funktion f mit f(x)= 2 ( x -2 ) 2 (in m/s, x in Sekunden) beschreiben. Nach 3s hat er bereits 15 m zurückgelegt. Wie weit ist er nach 4 Sekunden?

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

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

= [ - 2 x -2 ] 3 4

= - 2 4 -2 + 2 3 -2

= - 2 2 + 2 1

= -2( 1 2 ) +21

= -1 +2

= 1

Der neue Bestand setzt sich aus dem Anfangsbestand bei 3 und der Änderung zwischen 3 und 4 zusammen:
B = 15 + 1 = 16

Integralfunktion - Gleichung

Beispiel:

Bestimme u > 1 so, dass 1 u ( -2x -5 ) x = -44

Lösung einblenden
1 u ( -2x -5 ) x

= [ - x 2 -5x ] 1 u

= - u 2 -5u - ( - 1 2 -51 )

= - u 2 -5u - ( -1 -5 )

= - u 2 -5u +1 +5

= - u 2 -5u +6

Diese Integralfunktion soll ja den Wert -44 annehmen, deswegen setzen wir sie gleich :

- u 2 -5u +6 = -44 | +44

- u 2 -5u +50 = 0

eingesetzt in die Mitternachtsformel (a-b-c-Formel):

u1,2 = +5 ± ( -5 ) 2 -4 · ( -1 ) · 50 2( -1 )

u1,2 = +5 ± 25 +200 -2

u1,2 = +5 ± 225 -2

u1 = 5 + 225 -2 = 5 +15 -2 = 20 -2 = -10

u2 = 5 - 225 -2 = 5 -15 -2 = -10 -2 = 5

Da u= -10 < 1 ist u= 5 die einzige Lösung.

Mittelwerte

Beispiel:

Bestimme den Mittelwert der Funktionswerte von f mit f(x)= 6 ( 3x -4 ) 2 zwischen 2 und 3.

Lösung einblenden

Wir berechnen den Mittelwert mit der üblichen Formel:

m = 1 3 -2 2 3 6 ( 3x -4 ) 2 x

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

= 2 3 ( 33 -4 ) 3 - 2 3 ( 32 -4 ) 3

= 2 3 ( 9 -4 ) 3 - 2 3 ( 6 -4 ) 3

= 2 3 5 3 - 2 3 2 3

= 2 3 125 - 2 3 8

= 250 3 - 16 3

= 78

uneigentliche Integrale

Beispiel:

Das Schaubild der Funktion f mit f(x)= - 3 ( -x +3 ) 2 schließt mit der x-Achse und der Geraden x=5 eine nach rechts offene Fläche ein.
Untersuche, ob der Flächeninhalt endlich ist und bestimme in diesem Fall diesen Flächeninhalt.


Lösung einblenden
A(u)= 5 u - 3 ( -x +3 ) 2 x
= 5 u -3 ( -x +3 ) -2 x

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

= [ - 3 -x +3 ] 5 u

= - 3 -u +3 + 3 -5 +3

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

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

= - 3 -u +3 - 3 2

Für u → ∞ gilt: A(u) = - 3 -u +3 - 3 2 0 - 3 2 = - 3 2 ≈ -1.5

Für den Flächeninhalt (immer positiv) gilt also I = 1.5