Aufgabenbeispiele von Anwendungen

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Integralanwendungen BF

Beispiel:

Aus einem Wasserhahn läuft Wasser mit der Auslaufgeschwindigkeit f(x)= 4 e x -2 (in Liter pro Minute) in einen Wassertank. Nach 0 Minuten sind 5 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 4 e x -2 x

= [ 4 e x -2 ] 0 1

= 4 e 1 -2 -4 e 0 -2

= 4 e -1 -4 e -2


≈ 0,93
Der neue Bestand setzt sich aus dem Anfangsbestand bei 0 und der Änderung zwischen 0 und 1 zusammen:
B = 5 + 4 e -1 -4 e -2 ≈ 5.93

Integralanwendungen

Beispiel:

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

= [ 4 e x -3 ] 2 3

= 4 e 3 -3 -4 e 2 -3

= 4 e 0 -4 e -1

= 4 -4 e -1


≈ 2,528
Der neue Bestand setzt sich aus dem Anfangsbestand bei 2 und der Änderung zwischen 2 und 3 zusammen:
B = 4 + -4 e -1 +4 ≈ 6.53

Integralfunktion - Gleichung

Beispiel:

Bestimme u > 1 so, dass 1 u 4x x = 10,5

Lösung einblenden
1 u 4x x

= [ 2 x 2 ] 1 u

= 2 u 2 -2 1 2

= 2 u 2 -21

= 2 u 2 -2

Diese Integralfunktion soll ja den Wert 10,5 annehmen, deswegen setzen wir sie gleich :

2 u 2 -2 = 10,5 | +2
2 u 2 = 12,5 |:2
u 2 = 6,25 | 2
u1 = - 6,25 = -2,5
u2 = 6,25 = 2,5

Da u= -2,5 < 1 ist u= 2,5 die einzige Lösung.

Mittelwerte

Beispiel:

Die Menge an Wasser in einem Wassertank zur Zeit x (in min) kann näherungsweise durch die Funktion f mit f(x)= 5 e x -3 beschrieben werden. Wieviel Wasser sind während der ersten 3 Minuten durchschnittlich im Tank?

Lösung einblenden

Wir berechnen den Mittelwert mit der üblichen Formel:

m = 1 3 +0 0 3 5 e x -3 x

= 1 3 [ 5 e x -3 ] 0 3

= 1 3 ( 5 e 3 -3 -5 e 0 -3 )

= 1 3 ( 5 e 0 -5 e -3 )

= 1 3 ( 5 -5 e -3 )

= 1 3 ( -5 e -3 +5 )


≈ 1,584

uneigentliche Integrale

Beispiel:

Das Schaubild der Funktion f mit f(x)= 2 e x -1 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 x -1 x

= [ 2 e x -1 ] 0 u

= 2 e u -1 -2 e 0 -1

= 2 e u -1 -2 e -1

Für u → ∞ gilt: A(u) = 2 e u -1 -2 e -1