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 einer Funktion f, die eine Änderungsrate angibt.Bestimme den Zuwachs des Bestand zwischen t1=0 und t2=8.

Lösung einblenden

Den Zuwachs des Bestands 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): Trapezfläche I1 = (3 - 0) ⋅ 2 + 1 2 = 3 ⋅ 1.5 = 4.5.

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

I3 (von 6 bis 8): Trapezfläche I3 = (8 - 6) ⋅ 1 + 2 2 = 2 ⋅ 1.5 = 3.

Für den Zuwachs des Bestands zwischen 0 und 8 gilt somit:

Iges = 4.5 +3 +3 = 10.5

Integrale graphisch BF (mit Startwert)

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 m³/min, t in Minuten nach Beobachtungsbeginn). Zu Beginn der Beobachtung (t=0) sind 40m³ Wasser im Tank. Wie viel Wasser ist nach 6 Minuten im Tank?

Lösung einblenden

Den Zuwachs (bzw. die Abnahme) des Bestands (Wasser im Wassertank) zwischen 0 und 6 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): Dreiecksfläche I1 = (3 - 0) ⋅ 3 2 = 9 2 = 4.5.

I2 (von 3 bis 6): Dreiecksfläche I2 = (6 - 3) ⋅ ( - 1 ) 2 = -3 2 = -1.5.

Für den Zuwachs (bzw. die Abnahme) des Bestands (Wasser im Wassertank) zwischen 0 und 6 gilt somit:

Iges = 4.5 -1.5 = 3

Da zu Begin ja bereits 40 m³ vorhanden waren, sind es nun nach 6 min
I6 = 40 m³ +3 m³ = 43 m³ .

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 7 Sekunden sind 61 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 7 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) ⋅ ( - 3 ) 2 = -6 2 = -3.

I2 (von 2 bis 5): Dreiecksfläche I2 = (5 - 2) ⋅ 4 2 = 12 2 = 6.

I3 (von 5 bis 7): Rechtecksfläche I3 = (7 - 5) ⋅ 4 = 2 ⋅ 4 = 8.

Für den Zuwachs (bzw. die Abnahme) des Bestands (Wasser im Wassertank) zwischen 0 und 7 gilt somit:

Iges = -3 +6 +8 = 11

Da ja nach 7 Sekunden 61 Liter vorhanden sind, und zwischen t=0 und t=7 insgesamt 11 Liter dazu kam, müssen es zu Beginn
Istart = 61 Liter - 11 Liter = 50 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 :(
Im Schaubild sieht man den Graph der Zu- bzw. Abflussrate von Wasser in einen Wassertank (f(t) in m³/min, t in Minuten nach Beobachtungsbeginn). Zu Beginn der Beobachtung (t=0) sind 47m³ Wasser im Tank. Bestimme die maximale und die minimale Wassermenge im Tank im abgebildeten Zeitraum zwischen t=0 und t=10 Minuten.

Lösung einblenden

Im ersten Teil zwischen t=0 und t=3 nimmt der Bestand (Wasser im Wassertank) ausschließlich ab, und zwar um:

IAbnahme =

I1 (von 0 bis 3): Dreiecksfläche I1 = (3 - 0) ⋅ ( - 3 ) 2 = -9 2 = -4.5.

Somit nimmt der Bestand bis t=3 um -4.5 ab.

Weil danach der Bestand wieder ständig zunimmt, ist zum Zeitpunkt t=3 der minimale Bestand (Wasser im Wassertank) erreicht mit:
Bmin = 47 m³ -4.5 m³ = 42.5 m³.

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

I2 (von 3 bis 5): Dreiecksfläche I2 = (5 - 3) ⋅ 1 2 = 2 2 = 1.

I3 (von 5 bis 7): Rechtecksfläche I3 = (7 - 5) ⋅ 1 = 2 ⋅ 1 = 2.

I4 (von 7 bis 10): Trapezfläche I4 = (10 - 7) ⋅ 1 + 2 2 = 3 ⋅ 1.5 = 4.5.

Damit ergibt sich am Ende des Beobachtungszeitraums ein Bestand (Wasser im Wassertank) von Bend = 42.5 m³ +7.5 m³ = 50 m³.

Da dies mehr ist als zu Beginn der Beobachtung (47 m³), ist dies der maximale Bestand(Wasser im Wassertank):
Bmax = 50 m³