Aufgabenbeispiele von Anwendungen

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Integralanwendungen BF

Beispiel:

Die Bewegungsgeschwindigkeit eines Körpers lässt sich nährungsweise durch die Funktion f mit f(x)= 5 ( x -3 ) 2 (in m/s, x in Sekunden) beschreiben. Nach 4s hat er bereits 13 m zurückgelegt. Wie weit ist er nach 5 Sekunden?

Lösung einblenden
Zuerst berechnen wir die Änderung des Bestands zwischen 4 und 5:
4 5 5 ( x -3 ) 2 x
= 4 5 5 ( x -3 ) -2 x

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

= [ - 5 x -3 ] 4 5

= - 5 5 -3 + 5 4 -3

= - 5 2 + 5 1

= -5( 1 2 ) +51

= - 5 2 +5

= -2,5 +5

= 2,5


= 2,5
Der neue Bestand setzt sich aus dem Anfangsbestand bei 4 und der Änderung zwischen 4 und 5 zusammen:
B = 13 + 5 2 = 31 2 ≈ 15.5

Integralanwendungen

Beispiel:

Die Bewegungsgeschwindigkeit eines Körpers lässt sich nährungsweise durch die Funktion f mit f(x)= 5 ( x -3 ) 2 (in m/s, x in Sekunden) beschreiben. Nach 4s hat er bereits 11 m zurückgelegt. Wie weit ist er nach 7 Sekunden?

Lösung einblenden
Zuerst berechnen wir die Änderung des Bestands zwischen 4 und 7:
4 7 5 ( x -3 ) 2 x
= 4 7 5 ( x -3 ) -2 x

= [ -5 ( x -3 ) -1 ] 4 7

= [ - 5 x -3 ] 4 7

= - 5 7 -3 + 5 4 -3

= - 5 4 + 5 1

= -5( 1 4 ) +51

= - 5 4 +5

= - 5 4 + 20 4

= 15 4


= 3,75
Der neue Bestand setzt sich aus dem Anfangsbestand bei 4 und der Änderung zwischen 4 und 7 zusammen:
B = 11 + 15 4 = 59 4 ≈ 14.75

Integralfunktion - Gleichung

Beispiel:

Bestimme u > 2 so, dass 2 u -2x x = -5

Lösung einblenden
2 u -2x x

= [ - x 2 ] 2 u

= - u 2 + 2 2

= - u 2 + 4

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

- u 2 +4 = -5 | -4
- u 2 = -9 |: ( -1 )
u 2 = 9 | 2
u1 = - 9 = -3
u2 = 9 = 3

Da u= -3 < 2 ist u= 3 die einzige Lösung.

Mittelwerte

Beispiel:

Bestimme den Mittelwert der Funktionswerte von f mit f(x)= 6 sin( 2x + π) zwischen 0 und π .

Lösung einblenden

Wir berechnen den Mittelwert mit der üblichen Formel:

m = 1 π+0 0 π 6 sin( 2x + π) x

= 1 π [ -3 cos( 2x + π) ] 0 π

= 1 π · ( -3 cos( 2π + π) +3 cos( 2( 0 ) + π) )

= 1 π · ( -3 cos(3π) +3 cos(π) )

= 1 π · ( -3( -1 ) +3( -1 ) )

= 1 π · ( 3 -3 )

= 1 π · 0

= 0

uneigentliche Integrale

Beispiel:

Das Schaubild der Funktion f mit f(x)= 2 2x -6 schließt mit der x-Achse, der Geraden x= 3,5 und der Geraden x=3 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 3,5 2 2x -6 x
= u 3,5 2 ( 2x -6 ) - 1 2 x

= [ 2 ( 2x -6 ) 1 2 ] u 3,5

= [ 2 2x -6 ] u 3,5

= 2 23,5 -6 -2 2u -6

= 2 7 -6 -2 2u -6

= 2 1 -2 2u -6

= 21 -2 2u -6

= 2 -2 2u -6

Für u → 3 (u>3, also von rechts) gilt: A(u) = -2 2u -6 +2 0 +2 = 2 ≈ 2

Für den Flächeninhalt (immer positiv) gilt also I = 2