Aufgabenbeispiele von Anwendungen

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Integralanwendungen BF

Beispiel:

Aus einem Wasserhahn läuft Wasser mit der Auslaufgeschwindigkeit f(x)= 3 e 3x -6 (in Liter pro Minute) in einen Wassertank. Nach 0 Minuten sind 4 Liter im Tank. Wieviel Liter sind nach 1 Minuten darin?

Lösung einblenden
Zuerst berechnen wir die Änderung des Bestands zwischen 0 und 1:
0 1 3 e 3x -6 x

= [ e 3x -6 ] 0 1

= e 31 -6 - e 30 -6

= e 3 -6 - e 0 -6

= e -3 - e -6


≈ 0,047
Der neue Bestand setzt sich aus dem Anfangsbestand bei 0 und der Änderung zwischen 0 und 1 zusammen:
B = 4 + e -3 - e -6 ≈ 4.05

Integralanwendungen

Beispiel:

Aus einem Wasserhahn läuft Wasser mit der Auslaufgeschwindigkeit f(x)= 6 ( x -2 ) 2 (in Liter pro Minute) in einen Wassertank. Nach 3 Minuten sind 15 Liter im Tank. Wieviel Liter sind nach 4 Minuten darin?

Lösung einblenden
Zuerst berechnen wir die Änderung des Bestands zwischen 3 und 4:
3 4 6 ( x -2 ) 2 x
= 3 4 6 ( x -2 ) -2 x

= [ -6 ( x -2 ) -1 ] 3 4

= [ - 6 x -2 ] 3 4

= - 6 4 -2 + 6 3 -2

= - 6 2 + 6 1

= -6( 1 2 ) +61

= -3 +6

= 3

Der neue Bestand setzt sich aus dem Anfangsbestand bei 3 und der Änderung zwischen 3 und 4 zusammen:
B = 15 + 3 = 18

Integralfunktion - Gleichung

Beispiel:

Bestimme u > 1 so, dass 1 u ( 2x -5 ) x = 4

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 +4

Diese Integralfunktion soll ja den Wert 4 annehmen, deswegen setzen wir sie gleich :

u 2 -5u +4 = 4 | -4
u 2 -5u +4 -4 = 0
u 2 -5u = 0
u ( u -5 ) = 0

Ein Produkt ist genau dann =0, wenn mindestens einer der beiden Faktoren =0 ist.

1. Fall:

u1 = 0

2. Fall:

u -5 = 0 | +5
u2 = 5

Da u=0 < 1 ist u= 5 die einzige Lösung.

Mittelwerte

Beispiel:

Die Temperatur an einem Wintertag kann näherungsweise durch die Funktion f mit f(x)= 5 sin( x - 3 2 π) beschrieben werden. Bestimme die Durchschnittstemperatur zwischen 0 und π .

Lösung einblenden

Wir berechnen den Mittelwert mit der üblichen Formel:

m = 1 π+0 0 π 5 sin( x - 3 2 π) x

= 1 π [ -5 cos( x - 3 2 π) ] 0 π

= 1 π · ( -5 cos( π - 3 2 π) +5 cos( 0 - 3 2 π) )

= 1 π · ( -5 cos( - 1 2 π) +5 cos( - 3 2 π) )

= 1 π · ( -50 +50 )

= 1 π · ( 0+0 )

= 1 π · 0

= 0

uneigentliche Integrale

Beispiel:

Das Schaubild der Funktion f mit f(x)= 2 2x -5 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 -5 x
= 3 u 2 ( 2x -5 ) -1 x

= [ ln( | 2x -5 | ) ] 3 u

= ln( | 2( u ) -5 | ) - ln( | 23 -5 | )

= ln( | 2u -5 | ) - ln( | 6 -5 | )

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

= ln( | 2u -5 | ) +0

= ln( | 2x -5 | )

Für u → ∞ gilt: A(u) = ln( | 2x -5 | )