Aufgabenbeispiele von Anwendungen

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Integralanwendungen BF

Beispiel:

Die Bewegungsgeschwindigkeit eines Körpers lässt sich nährungsweise durch die Funktion f mit f(x)= 3x -4 (in m/s, x in Sekunden) beschreiben. Nach 13 3 s hat er bereits 20 m zurückgelegt. Wie weit ist er nach 20 3 Sekunden?

Lösung einblenden
Zuerst berechnen wir die Änderung des Bestands zwischen 13 3 und 20 3 :
13 3 20 3 3x -4 x
= 13 3 20 3 ( 3x -4 ) 1 2 x

= [ 2 9 ( 3x -4 ) 3 2 ] 13 3 20 3

= [ 2 9 ( 3x -4 ) 3 ] 13 3 20 3

= 2 9 ( 3( 20 3 ) -4 ) 3 - 2 9 ( 3( 13 3 ) -4 ) 3

= 2 9 ( 20 -4 ) 3 - 2 9 ( 13 -4 ) 3

= 2 9 ( 16 ) 3 - 2 9 ( 9 ) 3

= 2 9 4 3 - 2 9 3 3

= 2 9 64 - 2 9 27

= 128 9 -6

= 128 9 - 54 9

= 74 9


≈ 8,222
Der neue Bestand setzt sich aus dem Anfangsbestand bei 13 3 und der Änderung zwischen 13 3 und 20 3 zusammen:
B = 20 + 74 9 = 254 9 ≈ 28.22

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 6 Liter im Tank. Wieviel Liter sind nach 4 Minuten darin?

Lösung einblenden
Zuerst berechnen wir die Änderung des Bestands zwischen 2 und 4:
2 4 4 e x -3 x

= [ 4 e x -3 ] 2 4

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

= 4 e 1 -4 e -1

= 4e -4 e -1


≈ 9,402
Der neue Bestand setzt sich aus dem Anfangsbestand bei 2 und der Änderung zwischen 2 und 4 zusammen:
B = 6 + -4 e -1 +4e ≈ 15.4

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:

Die Temperatur an einem Wintertag kann näherungsweise durch die Funktion f mit f(x)= 4 cos( 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 4 cos( 2x - 3 2 π) x

= 2 π [ 2 sin( 2x - 3 2 π) ] 1 2 π π

= 2 π · ( 2 sin( 2π - 3 2 π) -2 sin( 2( 1 2 π ) - 3 2 π) )

= 2 π · ( 2 sin( 1 2 π) -2 sin( - 1 2 π) )

= 2 π · ( 21 -2( -1 ) )

= 2 π · ( 2 +2 )

= 2 π · 4

= 8 π


≈ 2,546

uneigentliche Integrale

Beispiel:

Das Schaubild der Funktion f mit f(x)= 2 x -3 schließt mit der x-Achse, der Geraden x= 4 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 4 2 x -3 x
= u 4 2 ( x -3 ) - 1 2 x

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

= [ 4 x -3 ] u 4

= 4 4 -3 -4 u -3

= 4 1 -4 u -3

= 41 -4 u -3

= 4 -4 u -3

Für u → 3 (u>3, also von rechts) gilt: A(u) = -4 u -3 +4 0 +4 = 4 ≈ 4

Für den Flächeninhalt (immer positiv) gilt also I = 4