Aufgabenbeispiele von Anwendungen

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Integralanwendungen BF

Beispiel:

Die Bewegungsgeschwindigkeit eines Körpers lässt sich nährungsweise durch die Funktion f mit f(x)= 6 x -2 (in m/s, x in Sekunden) beschreiben. Nach 11 s hat er bereits 10 m zurückgelegt. Wie weit ist er nach 18 Sekunden?

Lösung einblenden
Zuerst berechnen wir die Änderung des Bestands zwischen 11 und 18:
11 18 6 x -2 x
= 11 18 6 ( x -2 ) 1 2 x

= [ 4 ( x -2 ) 3 2 ] 11 18

= [ 4 ( x -2 ) 3 ] 11 18

= 4 ( 18 -2 ) 3 -4 ( 11 -2 ) 3

= 4 ( 16 ) 3 -4 ( 9 ) 3

= 4 4 3 -4 3 3

= 464 -427

= 256 -108

= 148

Der neue Bestand setzt sich aus dem Anfangsbestand bei 11 und der Änderung zwischen 11 und 18 zusammen:
B = 10 + 148 = 158

Integralanwendungen

Beispiel:

Aus einem Wasserhahn läuft Wasser mit der Auslaufgeschwindigkeit f(x)= 2 e 2x -3 (in Liter pro Minute) in einen Wassertank. Nach 1 Minuten sind 4 Liter im Tank. Wieviel Liter sind nach 2 Minuten darin?

Lösung einblenden
Zuerst berechnen wir die Änderung des Bestands zwischen 1 und 2:
1 2 2 e 2x -3 x

= [ e 2x -3 ] 1 2

= e 22 -3 - e 21 -3

= e 4 -3 - e 2 -3

= e 1 - e -1

= e - e -1


≈ 2,35
Der neue Bestand setzt sich aus dem Anfangsbestand bei 1 und der Änderung zwischen 1 und 2 zusammen:
B = 4 + - e -1 + e ≈ 6.35

Integralfunktion - Gleichung

Beispiel:

Bestimme u > 0 so, dass 0 u 3,6 e -0,6x +0,3 x = 1

Lösung einblenden
0 u 3,6 e -0,6x +0,3 x

= [ -6 e -0,6x +0,3 ] 0 u

= -6 e -0,6u +0,3 +6 e -0,60 +0,3

= -6 e -0,6u +0,3 +6 e 0 +0,3

= -6 e -0,6u +0,3 +6 e 0,3

Diese Integralfunktion soll ja den Wert 1 annehmen, deswegen setzen wir sie gleich :

-6 e -0,6u +0,3 +6 e 0,3 = 1 | -6 e 0,3
-6 e -0,6u +0,3 = -6 e 0,3 +1
-6 e -0,6u +0,3 = -7,0992 |:-6
e -0,6u +0,3 = 1,1832 |ln(⋅)
-0,6u +0,3 = ln( 1,1832 )
-0,6u +0,3 = 0,1682 | -0,3
-0,6u = -0,1318 |:(-0,6 )
u = 0,2197

Mittelwerte

Beispiel:

Die Menge an Wasser in einem Wassertank zur Zeit x (in min) kann näherungsweise durch die Funktion f mit f(x)= 2 ( x -3 ) 3 +5 beschrieben werden. Wieviel Wasser sind während der ersten 4 Minuten durchschnittlich im Tank?

Lösung einblenden

Wir berechnen den Mittelwert mit der üblichen Formel:

m = 1 4 +0 0 4 ( 2 ( x -3 ) 3 +5 ) x

= 1 4 [ 1 2 ( x -3 ) 4 +5x ] 0 4

= 1 4 ( 1 2 ( 4 -3 ) 4 +54 - ( 1 2 ( 0 -3 ) 4 +50 ))

= 1 4 ( 1 2 1 4 +20 - ( 1 2 ( -3 ) 4 +0))

= 1 4 ( 1 2 1 +20 - ( 1 2 81 +0))

= 1 4 ( 1 2 +20 - ( 81 2 +0))

= 1 4 ( 0,5 +20 - ( 40,5 +0))

= 1 4 ( 20,5 -40,5 )

= 1 4 · ( -20 )

= -5

uneigentliche Integrale

Beispiel:

Das Schaubild der Funktion f mit f(x)= 3 ( 3x -4 ) 3 schließt mit der x-Achse und der Geraden x= 20 3 eine nach rechts offene Fläche ein.
Untersuche, ob der Flächeninhalt endlich ist und bestimme in diesem Fall diesen Flächeninhalt.


Lösung einblenden
A(u)= 20 3 u 3 ( 3x -4 ) 3 x
= 20 3 u 3 ( 3x -4 ) - 3 2 x

= [ -2 ( 3x -4 ) - 1 2 ] 20 3 u

= [ - 2 3x -4 ] 20 3 u

= - 2 3u -4 + 2 3( 20 3 ) -4

= - 2 3u -4 + 2 20 -4

= - 2 3u -4 + 2 16

= - 2 3u -4 + 2 4

= - 2 3u -4 +2( 1 4 )

= - 2 3u -4 + 1 2

Für u → ∞ gilt: A(u) = - 2 3u -4 + 1 2 0 + 1 2 = 1 2 ≈ 0.5

Für den Flächeninhalt (immer positiv) gilt also I = 0.5