Aufgabenbeispiele von Anwendungen

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Integralanwendungen BF

Beispiel:

Die Bewegungsgeschwindigkeit eines Körpers lässt sich nährungsweise durch die Funktion f mit f(x)= 6 2x -3 (in m/s, x in Sekunden) beschreiben. Nach 19 2 s hat er bereits 11 m zurückgelegt. Wie weit ist er nach 14 Sekunden?

Lösung einblenden
Zuerst berechnen wir die Änderung des Bestands zwischen 19 2 und 14:
19 2 14 6 2x -3 x
= 19 2 14 6 ( 2x -3 ) 1 2 x

= [ 2 ( 2x -3 ) 3 2 ] 19 2 14

= [ 2 ( 2x -3 ) 3 ] 19 2 14

= 2 ( 214 -3 ) 3 -2 ( 2( 19 2 ) -3 ) 3

= 2 ( 28 -3 ) 3 -2 ( 19 -3 ) 3

= 2 ( 25 ) 3 -2 ( 16 ) 3

= 2 5 3 -2 4 3

= 2125 -264

= 250 -128

= 122

Der neue Bestand setzt sich aus dem Anfangsbestand bei 19 2 und der Änderung zwischen 19 2 und 14 zusammen:
B = 11 + 122 = 133

Integralanwendungen

Beispiel:

Aus einem Wasserhahn läuft Wasser mit der Auslaufgeschwindigkeit f(x)= 5 e 3x -4 (in Liter pro Minute) in einen Wassertank. Nach 2 Minuten sind 19 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 5 e 3x -4 x

= [ 5 3 e 3x -4 ] 2 5

= 5 3 e 35 -4 - 5 3 e 32 -4

= 5 3 e 15 -4 - 5 3 e 6 -4

= 5 3 e 11 - 5 3 e 2


≈ 99777,921
Der neue Bestand setzt sich aus dem Anfangsbestand bei 2 und der Änderung zwischen 2 und 5 zusammen:
B = 19 + 5 3 e 11 - 5 3 e 2 ≈ 99796.92

Integralfunktion - Gleichung

Beispiel:

Bestimme u > 0 so, dass 0 u 5,4 e -0,6x +0,5 x = 3

Lösung einblenden
0 u 5,4 e -0,6x +0,5 x

= [ -9 e -0,6x +0,5 ] 0 u

= -9 e -0,6u +0,5 +9 e -0,60 +0,5

= -9 e -0,6u +0,5 +9 e 0 +0,5

= -9 e -0,6u +0,5 +9 e 0,5

Diese Integralfunktion soll ja den Wert 3 annehmen, deswegen setzen wir sie gleich :

-9 e -0,6u +0,5 +9 e 0,5 = 3 | -9 e 0,5
-9 e -0,6u +0,5 = -9 e 0,5 +3
-9 e -0,6u +0,5 = -11,8385 |:-9
e -0,6u +0,5 = 1,3154 |ln(⋅)
-0,6u +0,5 = ln( 1,3154 )
-0,6u +0,5 = 0,2741 | -0,5
-0,6u = -0,2259 |:(-0,6 )
u = 0,3765

Mittelwerte

Beispiel:

Die Temperatur an einem Wintertag kann näherungsweise durch die Funktion f mit f(x)= 2 cos( 3x - 1 2 π) beschrieben werden. Bestimme die Durchschnittstemperatur zwischen 0 und 1 2 π .

Lösung einblenden

Wir berechnen den Mittelwert mit der üblichen Formel:

m = 1 1 2 π+0 0 1 2 π 2 cos( 3x - 1 2 π) x

= 2 π [ 2 3 sin( 3x - 1 2 π) ] 0 1 2 π

= 2 π · ( 2 3 sin( 3( 1 2 π ) - 1 2 π) - 2 3 sin( 3( 0 ) - 1 2 π) )

= 2 π · ( 2 3 sin(π) - 2 3 sin( - 1 2 π) )

= 2 π · ( 2 3 0 - 2 3 ( -1 ) )

= 2 π · ( 0 + 2 3 )

= 2 π · ( 0 + 2 3 )

= 2 π · 2 3

= 4 3 π


≈ 0,424

uneigentliche Integrale

Beispiel:

Das Schaubild der Funktion f mit f(x)= 2 e -2x +4 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 +4 x

= [ - e -2x +4 ] 0 u

= - e -2u +4 + e -20 +4

= - e -2u +4 + e 0 +4

= - e -2u +4 + e 4

Für u → ∞ gilt: A(u) = - e -2u +4 + e 4 0 + e 4 = e 4 ≈ 54.598

Für den Flächeninhalt (immer positiv) gilt also I = 54.598