Aufgabenbeispiele von Anwendungen

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Integralanwendungen BF

Beispiel:

Aus einem Wasserhahn läuft Wasser mit der Auslaufgeschwindigkeit f(x)= 3 2x -1 (in Liter pro Minute) in einen Wassertank. Nach 1 Minuten sind 11 Liter im Tank. Wieviel Liter sind nach 13 Minuten darin?

Lösung einblenden
Zuerst berechnen wir die Änderung des Bestands zwischen 1 und 13:
1 13 3 2x -1 x
= 1 13 3 ( 2x -1 ) 1 2 x

= [ ( 2x -1 ) 3 2 ] 1 13

= [ ( 2x -1 ) 3 ] 1 13

= ( 213 -1 ) 3 - ( 21 -1 ) 3

= ( 26 -1 ) 3 - ( 2 -1 ) 3

= ( 25 ) 3 - ( 1 ) 3

= 5 3 - 1 3

= 125 - 1

= 124

Der neue Bestand setzt sich aus dem Anfangsbestand bei 1 und der Änderung zwischen 1 und 13 zusammen:
B = 11 + 124 = 135

Integralanwendungen

Beispiel:

Die Bewegungsgeschwindigkeit eines Körpers lässt sich nährungsweise durch die Funktion f mit f(x)= 6 x -2 (in m/s, x in Sekunden) beschreiben. Nach 11 s hat er bereits 13 m zurückgelegt. Wie weit ist er nach 18 Sekunden?

Lösung einblenden
Zuerst berechnen wir die Änderung des Bestands zwischen 11 und 18:
11 18 6 x -2 x
= 11 18 6 ( x -2 ) 1 2 x

= [ 4 ( x -2 ) 3 2 ] 11 18

= [ 4 ( x -2 ) 3 ] 11 18

= 4 ( 18 -2 ) 3 -4 ( 11 -2 ) 3

= 4 ( 16 ) 3 -4 ( 9 ) 3

= 4 4 3 -4 3 3

= 464 -427

= 256 -108

= 148

Der neue Bestand setzt sich aus dem Anfangsbestand bei 11 und der Änderung zwischen 11 und 18 zusammen:
B = 13 + 148 = 161

Integralfunktion - Gleichung

Beispiel:

Bestimme u > 0 so, dass 0 u 5,6 e -0,7x +0,2 x = 1

Lösung einblenden
0 u 5,6 e -0,7x +0,2 x

= [ -8 e -0,7x +0,2 ] 0 u

= -8 e -0,7u +0,2 +8 e -0,70 +0,2

= -8 e -0,7u +0,2 +8 e 0 +0,2

= -8 e -0,7u +0,2 +8 e 0,2

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

-8 e -0,7u +0,2 +8 e 0,2 = 1 | -8 e 0,2
-8 e -0,7u +0,2 = -8 e 0,2 +1
-8 e -0,7u +0,2 = -8,7712 |:-8
e -0,7u +0,2 = 1,0964 |ln(⋅)
-0,7u +0,2 = ln( 1,0964 )
-0,7u +0,2 = 0,092 | -0,2
-0,7u = -0,108 |:(-0,7 )
u = 0,1543

Mittelwerte

Beispiel:

Bestimme den Mittelwert der Funktionswerte von f mit f(x)= 4 sin( x - 1 2 π) zwischen 0 und π .

Lösung einblenden

Wir berechnen den Mittelwert mit der üblichen Formel:

m = 1 π+0 0 π 4 sin( x - 1 2 π) x

= 1 π [ -4 cos( x - 1 2 π) ] 0 π

= 1 π · ( -4 cos( π - 1 2 π) +4 cos( 0 - 1 2 π) )

= 1 π · ( -4 cos( 1 2 π) +4 cos( - 1 2 π) )

= 1 π · ( -40 +40 )

= 1 π · ( 0+0 )

= 1 π · 0

= 0

uneigentliche Integrale

Beispiel:

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


Lösung einblenden
A(u)= 0 u 2 e -2x +3 x

= [ - e -2x +3 ] 0 u

= - e -2u +3 + e -20 +3

= - e -2u +3 + e 0 +3

= - e -2u +3 + e 3

Für u → ∞ gilt: A(u) = - e -2u +3 + e 3 0 + e 3 = e 3 ≈ 20.086

Für den Flächeninhalt (immer positiv) gilt also I = 20.086