Aufgabenbeispiele von Anwendungen

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Integralanwendungen BF

Beispiel:

Aus einem Wasserhahn läuft Wasser mit der Auslaufgeschwindigkeit f(x)= 4 2x -1 (in Liter pro Minute) in einen Wassertank. Nach 5 2 Minuten sind 15 Liter im Tank. Wieviel Liter sind nach 17 2 Minuten darin?

Lösung einblenden
Zuerst berechnen wir die Änderung des Bestands zwischen 5 2 und 17 2 :
5 2 17 2 4 2x -1 x
= 5 2 17 2 4 ( 2x -1 ) 1 2 x

= [ 4 3 ( 2x -1 ) 3 2 ] 5 2 17 2

= [ 4 3 ( 2x -1 ) 3 ] 5 2 17 2

= 4 3 ( 2( 17 2 ) -1 ) 3 - 4 3 ( 2( 5 2 ) -1 ) 3

= 4 3 ( 17 -1 ) 3 - 4 3 ( 5 -1 ) 3

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

= 4 3 4 3 - 4 3 2 3

= 4 3 64 - 4 3 8

= 256 3 - 32 3

= 224 3


≈ 74,667
Der neue Bestand setzt sich aus dem Anfangsbestand bei 5 2 und der Änderung zwischen 5 2 und 17 2 zusammen:
B = 15 + 224 3 = 269 3 ≈ 89.67

Integralanwendungen

Beispiel:

Die Bewegungsgeschwindigkeit eines Körpers lässt sich nährungsweise durch die Funktion f mit f(x)= 1 x -3 (in m/s, x in Sekunden) beschreiben. Nach 5s hat er bereits 18 m zurückgelegt. Wie weit ist er nach 7 Sekunden?

Lösung einblenden
Zuerst berechnen wir die Änderung des Bestands zwischen 5 und 7:
5 7 1 x -3 x
= 5 7 ( x -3 ) -1 x

= [ ln( | x -3 | ) ] 5 7

= ln( | 7 -3 | ) - ln( | 5 -3 | )

= ln( 4 ) - ln( | 5 -3 | )

= ln( 4 ) - ln( 2 )


≈ 0,693
Der neue Bestand setzt sich aus dem Anfangsbestand bei 5 und der Änderung zwischen 5 und 7 zusammen:
B = 18 + ln( | 4 | ) - ln( | 2 | ) ≈ 18.69

Integralfunktion - Gleichung

Beispiel:

Bestimme u > 0 so, dass 0 u 2x x = 2,25

Lösung einblenden
0 u 2x x

= [ x 2 ] 0 u

= u 2 - 0 2

= u 2 - 0

= u 2

Diese Integralfunktion soll ja den Wert 2,25 annehmen, deswegen setzen wir sie gleich :

u 2 = 2,25 | 2
u1 = - 2,25 = -1,5
u2 = 2,25 = 1,5

Da u= -1,5 < 0 ist u= 1,5 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)= 1 ( x -1 ) 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 1 ( x -1 ) 2 x
= 1 2 3 ( x -1 ) -2 x

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

= 1 [ - 1 x -1 ] 2 3

= - 1 3 -1 + 1 2 -1

= - 1 2 + 1 1

= -( 1 2 ) + 1

= 1 2


= 0,5

uneigentliche Integrale

Beispiel:

Das Schaubild der Funktion f mit f(x)= - 3 ( -3x +7 ) 2 schließt mit der x-Achse und der Geraden x=4 eine nach rechts offene Fläche ein.
Untersuche, ob der Flächeninhalt endlich ist und bestimme in diesem Fall diesen Flächeninhalt.


Lösung einblenden
A(u)= 4 u - 3 ( -3x +7 ) 2 x
= 4 u -3 ( -3x +7 ) -2 x

= [ - ( -3x +7 ) -1 ] 4 u

= [ - 1 -3x +7 ] 4 u

= - 1 -3u +7 + 1 -34 +7

= - 1 -3u +7 + 1 -12 +7

= - 1 -3u +7 + 1 ( -5 )

= - 1 -3u +7 + ( - 1 5 )

Für u → ∞ gilt: A(u) = - 1 -3u +7 - 1 5 0 - 1 5 = - 1 5 ≈ -0.2

Für den Flächeninhalt (immer positiv) gilt also I = 0.2