Aufgabenbeispiele von Anwendungen

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Integralanwendungen BF

Beispiel:

Aus einem Wasserhahn läuft Wasser mit der Auslaufgeschwindigkeit f(x)= 6 e x -3 (in Liter pro Minute) in einen Wassertank. Nach 1 Minuten sind 8 Liter im Tank. Wieviel Liter sind nach 4 Minuten darin?

Lösung einblenden
Zuerst berechnen wir die Änderung des Bestands zwischen 1 und 4:
1 4 6 e x -3 x

= [ 6 e x -3 ] 1 4

= 6 e 4 -3 -6 e 1 -3

= 6 e 1 -6 e -2

= 6e -6 e -2


≈ 15,498
Der neue Bestand setzt sich aus dem Anfangsbestand bei 1 und der Änderung zwischen 1 und 4 zusammen:
B = 8 + -6 e -2 +6e ≈ 23.5

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 3 Minuten darin?

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

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

= 5 3 e 33 -4 - 5 3 e 32 -4

= 5 3 e 9 -4 - 5 3 e 6 -4

= 5 3 e 5 - 5 3 e 2


≈ 235,04
Der neue Bestand setzt sich aus dem Anfangsbestand bei 2 und der Änderung zwischen 2 und 3 zusammen:
B = 19 + 5 3 e 5 - 5 3 e 2 ≈ 254.04

Integralfunktion - Gleichung

Beispiel:

Bestimme u > 1 so, dass 1 u -10x x = -276,25

Lösung einblenden
1 u -10x x

= [ -5 x 2 ] 1 u

= -5 u 2 +5 1 2

= -5 u 2 +51

= -5 u 2 +5

Diese Integralfunktion soll ja den Wert -276,25 annehmen, deswegen setzen wir sie gleich :

-5 u 2 +5 = -276,25 | -5
-5 u 2 = -281,25 |: ( -5 )
u 2 = 56,25 | 2
u1 = - 56,25 = -7,5
u2 = 56,25 = 7,5

Da u= -7,5 < 1 ist u= 7,5 die einzige Lösung.

Mittelwerte

Beispiel:

Die Menge eines Wirkstoffs im Blut eines Patienten kann zur Zeit x (in min) näherungsweise durch die Funktion f mit f(x)= 5 ( 3x -5 ) 2 (in mg) beschrieben werden. Berechne die mittlere Wirkstoffmenge in mg zwischen Minute 2 und Minute 3.

Lösung einblenden

Wir berechnen den Mittelwert mit der üblichen Formel:

m = 1 3 -2 2 3 5 ( 3x -5 ) 2 x

= 1 [ 5 9 ( 3x -5 ) 3 ] 2 3

= 5 9 ( 33 -5 ) 3 - 5 9 ( 32 -5 ) 3

= 5 9 ( 9 -5 ) 3 - 5 9 ( 6 -5 ) 3

= 5 9 4 3 - 5 9 1 3

= 5 9 64 - 5 9 1

= 320 9 - 5 9

= 35

uneigentliche Integrale

Beispiel:

Das Schaubild der Funktion f mit f(x)= 2 ( 2x -4 ) 3 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 ( 2x -4 ) 3 x
= 3 u 2 ( 2x -4 ) -3 x

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

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

= - 1 2 ( 2u -4 ) 2 + 1 2 ( 23 -4 ) 2

= - 1 2 ( 2u -4 ) 2 + 1 2 ( 6 -4 ) 2

= - 1 2 ( 2u -4 ) 2 + 1 2 2 2

= - 1 2 ( 2u -4 ) 2 + 1 2 ( 1 4 )

= - 1 2 ( 2u -4 ) 2 + 1 8

Für u → ∞ gilt: A(u) = - 1 2 ( 2u -4 ) 2 + 1 8 0 + 1 8 = 1 8 ≈ 0.125

Für den Flächeninhalt (immer positiv) gilt also I = 0.125