Aufgabenbeispiele von Anwendungen

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Integralanwendungen BF

Beispiel:

Die Bewegungsgeschwindigkeit eines Körpers lässt sich nährungsweise durch die Funktion f mit f(x)= 3 ( x -1 ) 4 (in m/s, x in Sekunden) beschreiben. Nach 3s hat er bereits 14 m zurückgelegt. Wie weit ist er nach 6 Sekunden?

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

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

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

= - 1 ( 6 -1 ) 3 + 1 ( 3 -1 ) 3

= - 1 5 3 + 1 2 3

= -( 1 125 ) + 1 8

= 117 1000


= 0,117
Der neue Bestand setzt sich aus dem Anfangsbestand bei 3 und der Änderung zwischen 3 und 6 zusammen:
B = 14 + 117 1000 = 14117 1000 ≈ 14.12

Integralanwendungen

Beispiel:

Die Bewegungsgeschwindigkeit eines Körpers lässt sich nährungsweise durch die Funktion f mit f(x)= 6 2x -2 (in m/s, x in Sekunden) beschreiben. Nach 11 2 s hat er bereits 13 m zurückgelegt. Wie weit ist er nach 27 2 Sekunden?

Lösung einblenden
Zuerst berechnen wir die Änderung des Bestands zwischen 11 2 und 27 2 :
11 2 27 2 6 2x -2 x
= 11 2 27 2 6 ( 2x -2 ) 1 2 x

= [ 2 ( 2x -2 ) 3 2 ] 11 2 27 2

= [ 2 ( 2x -2 ) 3 ] 11 2 27 2

= 2 ( 2( 27 2 ) -2 ) 3 -2 ( 2( 11 2 ) -2 ) 3

= 2 ( 27 -2 ) 3 -2 ( 11 -2 ) 3

= 2 ( 25 ) 3 -2 ( 9 ) 3

= 2 5 3 -2 3 3

= 2125 -227

= 250 -54

= 196

Der neue Bestand setzt sich aus dem Anfangsbestand bei 11 2 und der Änderung zwischen 11 2 und 27 2 zusammen:
B = 13 + 196 = 209

Integralfunktion - Gleichung

Beispiel:

Bestimme u > 0 so, dass 0 u 3,2 e -0,4x +0,9 x = 4

Lösung einblenden
0 u 3,2 e -0,4x +0,9 x

= [ -8 e -0,4x +0,9 ] 0 u

= -8 e -0,4u +0,9 +8 e -0,40 +0,9

= -8 e -0,4u +0,9 +8 e 0 +0,9

= -8 e -0,4u +0,9 +8 e 0,9

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

-8 e -0,4u +0,9 +8 e 0,9 = 4 | -8 e 0,9
-8 e -0,4u +0,9 = -8 e 0,9 +4
-8 e -0,4u +0,9 = -15,6768 |:-8
e -0,4u +0,9 = 1,9596 |ln(⋅)
-0,4u +0,9 = ln( 1,9596 )
-0,4u +0,9 = 0,6727 | -0,9
-0,4u = -0,2273 |:(-0,4 )
u = 0,5683

Mittelwerte

Beispiel:

Bestimme den Mittelwert der Funktionswerte von f mit f(x)= 3 ( x -2 ) 2 +3 zwischen 2 und 4.

Lösung einblenden

Wir berechnen den Mittelwert mit der üblichen Formel:

m = 1 4 -2 2 4 ( 3 ( x -2 ) 2 +3 ) x

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

= 1 2 ( ( 4 -2 ) 3 +34 - ( ( 2 -2 ) 3 +32 ))

= 1 2 ( 2 3 +12 - ( 0 3 +6 ))

= 1 2 ( 8 +12 - ( 0 +6 ))

= 1 2 ( 8 +12 -6 )

= 1 2 · 14

uneigentliche Integrale

Beispiel:

Das Schaubild der Funktion f mit f(x)= - 2 ( 2x -1 ) 3 schließt mit der x-Achse und der Geraden x=5 eine nach rechts offene Fläche ein.
Untersuche, ob der Flächeninhalt endlich ist und bestimme in diesem Fall diesen Flächeninhalt.


Lösung einblenden
A(u)= 5 u - 2 ( 2x -1 ) 3 x
= 5 u -2 ( 2x -1 ) - 3 2 x

= [ 2 ( 2x -1 ) - 1 2 ] 5 u

= [ 2 2x -1 ] 5 u

= 2 2u -1 - 2 25 -1

= 2 2u -1 - 2 10 -1

= 2 2u -1 - 2 9

= 2 2u -1 - 2 3

= 2 2u -1 -2( 1 3 )

= 2 2u -1 - 2 3

Für u → ∞ gilt: A(u) = 2 2u -1 - 2 3 0 - 2 3 = - 2 3 ≈ -0.667

Für den Flächeninhalt (immer positiv) gilt also I = 0.667