Aufgabenbeispiele von Änderungsrate -> Bestand

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Integrale graphisch BF

Beispiel:

Du hast entweder einen veralteten Browser oder Javascript ausgeschaltet. Deswegen kannst du leider das Schaubild nicht sehen :(
Im Schaubild sieht man den Graph der Geschwindigkeit einer Modelleisenbahn (f(t) in cm/s, t in Sekunden nach Beobachtungsbeginn). Wie weit (in cm) ist die Modelleisenbahn zwischen t=0 Sekunden und t=10 Sekunden gefahren?

Lösung einblenden

Den Zuwachs des Bestands (zurückgelegte Strecke der Modelleisenbahn) zwischen 0 und 10 können wir durch den orientierten (mit Vorzeichen behafteten) Inhalt der Fläche zwischen dem Graph und der x-Achse ablesen (bzw. berechnen).

Dazu unterteilen wir die Fläche in Rechtecke, Parallelogrammen und ggf. Dreiecke:

I1 (von 0 bis 3): Trapezfläche I1 = (3 - 0) ⋅ 4 + 1 2 = 3 ⋅ 2.5 = 7.5.

I2 (von 3 bis 6): Rechtecksfläche I2 = (6 - 3) ⋅ 1 = 3 ⋅ 1 = 3.

I3 (von 6 bis 8): Trapezfläche I3 = (8 - 6) ⋅ 1 + 3 2 = 2 ⋅ 2 = 4.

I4 (von 8 bis 9): Rechtecksfläche I4 = (9 - 8) ⋅ 3 = 1 ⋅ 3 = 3.

I5 (von 9 bis 10): Trapezfläche I5 = (10 - 9) ⋅ 3 + 4 2 = 1 ⋅ 3.5 = 3.5.

Für den Zuwachs des Bestands (zurückgelegte Strecke der Modelleisenbahn) zwischen 0 und 10 gilt somit:

Iges = 7.5 +3 +4 +3 +3.5 = 21

Integrale graphisch BF (mit Startwert)

Beispiel:

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Im Schaubild sieht man den Graph der Geschwindigkeit einer Modelleisenbahn (f(t) in cm/s, t in Sekunden nach Beobachtungsbeginn). Negative Geschwindigkeiten bedeuten, dass die Lok rückwärts fährt. Bei Beobachtungsbeginn ist die Lok nach Verlassen des Bahnhofs 55 cm vom Bahnhof entfernt. Wie weit (in cm) ist die Modelleisenbahn nach t=8 Sekunden vom Bahnhof entfernt?

Lösung einblenden

Den Zuwachs (bzw. die Abnahme) des Bestands (Entfernung der Lok vom Bahnhof) zwischen 0 und 8 können wir durch den orientierten (mit Vorzeichen behafteten) Inhalt der Fläche zwischen dem Graph und der x-Achse ablesen (bzw. berechnen).

Dazu unterteilen wir die Fläche in Rechtecke, Parallelogrammen und ggf. Dreiecke:

I1 (von 0 bis 3): Rechtecksfläche I1 = (3 - 0) ⋅ 4 = 3 ⋅ 4 = 12.

I2 (von 3 bis 5): Dreiecksfläche I2 = (5 - 3) ⋅ 4 2 = 8 2 = 4.

I3 (von 5 bis 8): Dreiecksfläche I3 = (8 - 5) ⋅ ( - 4 ) 2 = -12 2 = -6.

Für den Zuwachs (bzw. die Abnahme) des Bestands (Entfernung der Lok vom Bahnhof) zwischen 0 und 8 gilt somit:

Iges = 12 +4 -6 = 10

Da zu Begin ja bereits 55 cm vorhanden waren, sind es nun nach 8 s
I8 = 55 cm +10 cm = 65 cm .

Integrale graphisch BF (mit Endwert)

Beispiel:

Du hast entweder einen veralteten Browser oder Javascript ausgeschaltet. Deswegen kannst du leider das Schaubild nicht sehen :(
Im Schaubild sieht man den Graph der Zu- bzw. Abflussrate von Wasser in einen Wassertank (f(t) in l/s, t in Sekunden nach Beobachtungsbeginn). Nach 10 Sekunden sind 57 Liter Wasser im Tank. Wie viel Wasser war zu Beginn der Beobachtung (t=0) im Tank?

Lösung einblenden

Den Zuwachs (bzw. die Abnahme) des Bestands (Wasser im Wassertank) zwischen 0 und 10 können wir durch den orientierten (mit Vorzeichen behafteten) Inhalt der Fläche zwischen dem Graph und der x-Achse ablesen (bzw. berechnen).

Dazu unterteilen wir die Fläche in Rechtecke, Parallelogrammen und ggf. Dreiecke:

I1 (von 0 bis 2): Dreiecksfläche I1 = (2 - 0) ⋅ ( - 4 ) 2 = -8 2 = -4.

I2 (von 2 bis 4): Dreiecksfläche I2 = (4 - 2) ⋅ 3 2 = 6 2 = 3.

I3 (von 4 bis 7): Rechtecksfläche I3 = (7 - 4) ⋅ 3 = 3 ⋅ 3 = 9.

I4 (von 7 bis 10): Trapezfläche I4 = (10 - 7) ⋅ 3 + 4 2 = 3 ⋅ 3.5 = 10.5.

Für den Zuwachs (bzw. die Abnahme) des Bestands (Wasser im Wassertank) zwischen 0 und 10 gilt somit:

Iges = -4 +3 +9 +10.5 = 18.5

Da ja nach 10 Sekunden 57 Liter vorhanden sind, und zwischen t=0 und t=10 insgesamt 18.5 Liter dazu kam, müssen es zu Beginn
Istart = 57 Liter - 18.5 Liter = 38.5 Liter gewesen sein.

Min. und Maximum bei graph. Integral

Beispiel:

Du hast entweder einen veralteten Browser oder Javascript ausgeschaltet. Deswegen kannst du leider das Schaubild nicht sehen :(
Bei einem Festival soll die Ankunftsrate bzw. die Austrittsrate (bei negativen Funktionswerten) der Besucher durch die Funktion f näherungsweise beschrieben werden (f(t) in Personen/Sekunde, t in Sekunden nach Öffnung der Eingänge). Im Schaubild sieht man den Graph von f. Zum Zeitpunkt der Öffnung der Eingänge sind bereits 51 Personen auf dem Festivalgelände. Bestimme die maximale und die minimale Anzahl an Personen im abgebildeten Zeitraum zwischen t=0 und t=8 Sekunden.

Lösung einblenden

Im ersten Teil zwischen t=0 und t=5 nimmt der Bestand (Personen auf dem Festivalgelände) ausschließlich zu, und zwar um:

IZunahme =

I1 (von 0 bis 3): Rechtecksfläche I1 = (3 - 0) ⋅ 3 = 3 ⋅ 3 = 9.

I2 (von 3 bis 5): Dreiecksfläche I2 = (5 - 3) ⋅ 3 2 = 6 2 = 3.

Somit nimmt der Bestand bis t=5 um 9 +3 = 12 zu.

Weil danach der Bestand wieder ständig abnimmt, ist zum Zeitpunkt t=5 der maximale Bestand (Personen auf dem Festivalgelände) erreicht mit:
Bmax = 51 Personen +12 Personen = 63 Personen.

Die anschließende Abnahme lässt sich wieder über die Dreiecks-, Rechtecks- bzw. Trapezflächen berechnnen:

I3 (von 5 bis 8): Dreiecksfläche I3 = (8 - 5) ⋅ ( - 2 ) 2 = -6 2 = -3.

Damit ergibt sich am Ende des Beobachtungszeitraums ein Bestand (Personen auf dem Festivalgelände) von Bend = 63 Personen -3 Personen = 60 Personen.

Da dies nicht weniger ist als zu Beginn der Beobachtung (51 Personen), ist der minimale Bestand (Personen auf dem Festivalgelände) der Startwert:
Bmin = 51 Personen