Aufgabenbeispiele von Anwendungen

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Integralanwendungen BF

Beispiel:

Aus einem Wasserhahn läuft Wasser mit der Auslaufgeschwindigkeit f(x)= 4 e 2x -3 (in Liter pro Minute) in einen Wassertank. Nach 2 Minuten sind 5 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 2x -3 x

= [ 2 e 2x -3 ] 2 3

= 2 e 23 -3 -2 e 22 -3

= 2 e 6 -3 -2 e 4 -3

= 2 e 3 -2 e 1

= 2 e 3 -2e


≈ 34,735
Der neue Bestand setzt sich aus dem Anfangsbestand bei 2 und der Änderung zwischen 2 und 3 zusammen:
B = 5 + 2 e 3 -2e ≈ 39.73

Integralanwendungen

Beispiel:

Aus einem Wasserhahn läuft Wasser mit der Auslaufgeschwindigkeit f(x)= 5 e x -2 (in Liter pro Minute) in einen Wassertank. Nach 2 Minuten sind 16 Liter im Tank. Wieviel Liter sind nach 5 Minuten darin?

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

= [ 5 e x -2 ] 2 5

= 5 e 5 -2 -5 e 2 -2

= 5 e 3 -5 e 0

= 5 e 3 -5


≈ 95,428
Der neue Bestand setzt sich aus dem Anfangsbestand bei 2 und der Änderung zwischen 2 und 5 zusammen:
B = 16 + 5 e 3 -5 ≈ 111.43

Integralfunktion - Gleichung

Beispiel:

Bestimme u > 1 so, dass 1 u -10x x = -315

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 -315 annehmen, deswegen setzen wir sie gleich :

-5 u 2 +5 = -315 | -5
-5 u 2 = -320 |: ( -5 )
u 2 = 64 | 2
u1 = - 64 = -8
u2 = 64 = 8

Da u= -8 < 1 ist u= 8 die einzige Lösung.

Mittelwerte

Beispiel:

Die Temperatur an einem Wintertag kann näherungsweise durch die Funktion f mit f(x)= 2 sin( 2x + 3 2 π) beschrieben werden. Bestimme die Durchschnittstemperatur zwischen 1 2 π und π .

Lösung einblenden

Wir berechnen den Mittelwert mit der üblichen Formel:

m = 1 π - 1 2 π 1 2 π π 2 sin( 2x + 3 2 π) x

= 2 π [ - cos( 2x + 3 2 π) ] 1 2 π π

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

= 2 π · ( - cos( 7 2 π) + cos( 5 2 π) )

= 2 π · ( -0 +0 )

= 0

uneigentliche Integrale

Beispiel:

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


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

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

= [ - 2 x -1 ] u 5

= - 2 5 -1 + 2 u -1

= - 2 4 + 2 u -1

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

= - 1 2 + 2 u -1

Für u → 1 (u>1, also von rechts) gilt: A(u) = 2 u -1 - 1 2