Aufgabenbeispiele von Anwendungen

Durch Aktualisieren des Browsers (z.B. mit Taste F5) kann man neue Beispielaufgaben sehen


Integralanwendungen BF

Beispiel:

Aus einem Wasserhahn läuft Wasser mit der Auslaufgeschwindigkeit f(x)= 5 e x -1 (in Liter pro Minute) in einen Wassertank. Nach 2 Minuten sind 19 Liter im Tank. Wieviel Liter sind nach 3 Minuten darin?

Lösung einblenden
Zuerst berechnen wir die Änderung des Bestands zwischen 2 und 3:
2 3 5 e x -1 x

= [ 5 e x -1 ] 2 3

= 5 e 3 -1 -5 e 2 -1

= 5 e 2 -5 e 1

= 5 e 2 -5e


≈ 23,354
Der neue Bestand setzt sich aus dem Anfangsbestand bei 2 und der Änderung zwischen 2 und 3 zusammen:
B = 19 + 5 e 2 -5e ≈ 42.35

Integralanwendungen

Beispiel:

Aus einem Wasserhahn läuft Wasser mit der Auslaufgeschwindigkeit f(x)= 5 e 3x -4 (in Liter pro Minute) in einen Wassertank. Nach 1 Minuten sind 2 Liter im Tank. Wieviel Liter sind nach 3 Minuten darin?

Lösung einblenden
Zuerst berechnen wir die Änderung des Bestands zwischen 1 und 3:
1 3 5 e 3x -4 x

= [ 5 3 e 3x -4 ] 1 3

= 5 3 e 33 -4 - 5 3 e 31 -4

= 5 3 e 9 -4 - 5 3 e 3 -4

= 5 3 e 5 - 5 3 e -1


≈ 246,742
Der neue Bestand setzt sich aus dem Anfangsbestand bei 1 und der Änderung zwischen 1 und 3 zusammen:
B = 2 + 5 3 e 5 - 5 3 e -1 ≈ 248.74

Integralfunktion - Gleichung

Beispiel:

Bestimme u > 0 so, dass 0 u 5,6 e 0,8x -0,5 x = 5

Lösung einblenden
0 u 5,6 e 0,8x -0,5 x

= [ 7 e 0,8x -0,5 ] 0 u

= 7 e 0,8u -0,5 -7 e 0,80 -0,5

= 7 e 0,8u -0,5 -7 e 0 -0,5

= 7 e 0,8u -0,5 -7 e -0,5

Diese Integralfunktion soll ja den Wert 5 annehmen, deswegen setzen wir sie gleich :

7 e 0,8u -0,5 -7 e -0,5 = 5 | +7 e -0,5
7 e 0,8u -0,5 = 7 e -0,5 +5
7 e 0,8u -0,5 = 9,2457 |:7
e 0,8u -0,5 = 1,3208 |ln(⋅)
0,8u -0,5 = ln( 1,3208 )
0,8u -0,5 = 0,2782 | +0,5
0,8u = 0,7782 |:0,8
u = 0,9728

Mittelwerte

Beispiel:

Die Temperatur an einem Wintertag kann näherungsweise durch die Funktion f mit f(x)= 6 cos( 2x + 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 6 cos( 2x + 1 2 π) x

= 2 π [ 3 sin( 2x + 1 2 π) ] 0 1 2 π

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

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

= 2 π · ( 3( -1 ) -31 )

= 2 π · ( -3 -3 )

= 2 π · ( -6 )

= - 12 π


≈ -3,82

uneigentliche Integrale

Beispiel:

Das Schaubild der Funktion f mit f(x)= - 2 ( -x +1 ) 2 schließt mit der x-Achse und der Geraden x=3 eine nach rechts offene Fläche ein.
Untersuche, ob der Flächeninhalt endlich ist und bestimme in diesem Fall diesen Flächeninhalt.


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

= [ -2 ( -x +1 ) -1 ] 3 u

= [ - 2 -x +1 ] 3 u

= - 2 -u +1 + 2 -3 +1

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

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

= - 2 -u +1 -1

Für u → ∞ gilt: A(u) = - 2 -u +1 -1 0 -1 = -1 ≈ -1

Für den Flächeninhalt (immer positiv) gilt also I = 1