Aufgabenbeispiele von Änderungsrate -> Bestand

Durch Aktualisieren des Browsers (z.B. mit Taste F5) kann man neue Beispielaufgaben sehen


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 Zuflussrate von Wasser in einen Wassertank (f(t) in m³/min, t in Minuten nach Beobachtungsbeginn). Wie viel Wasser ist in den ersten 7 Minuten in den Tank hinein geflossen?

Lösung einblenden

Den Zuwachs des Bestands (Wasser in einen 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 3): Rechtecksfläche I1 = (3 - 0) ⋅ 2 = 3 ⋅ 2 = 6.

I2 (von 3 bis 6): Trapezfläche I2 = (6 - 3) ⋅ 2 + 3 2 = 3 ⋅ 2.5 = 7.5.

I3 (von 6 bis 7): Rechtecksfläche I3 = (7 - 6) ⋅ 3 = 1 ⋅ 3 = 3.

Für den Zuwachs des Bestands (Wasser in einen Wassertank) zwischen 0 und 7 gilt somit:

Iges = 6 +7.5 +3 = 16.5

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 28m³ Wasser im Tank. Wie viel Wasser ist nach 10 Minuten 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 3): Rechtecksfläche I1 = (3 - 0) ⋅ 2 = 3 ⋅ 2 = 6.

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

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

I4 (von 7 bis 10): Rechtecksfläche I4 = (10 - 7) ⋅ ( - 4 ) = 3 ⋅ ( - 4 ) = -12.

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

Iges = 6 +2 -4 -12 = -8

Da zu Begin ja bereits 28 m³ vorhanden waren, sind es nun nach 10 min
I10 = 28 m³ -8 m³ = 20 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 9 Sekunden sind 93 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 9 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): Rechtecksfläche I1 = (2 - 0) ⋅ 3 = 2 ⋅ 3 = 6.

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

I3 (von 4 bis 7): Dreiecksfläche I3 = (7 - 4) ⋅ ( - 4 ) 2 = -12 2 = -6.

I4 (von 7 bis 9): Rechtecksfläche I4 = (9 - 7) ⋅ ( - 4 ) = 2 ⋅ ( - 4 ) = -8.

Für den Zuwachs (bzw. die Abnahme) des Bestands (Wasser im Wassertank) zwischen 0 und 9 gilt somit:

Iges = 6 +3 -6 -8 = -5

Da ja nach 9 Sekunden 93 Liter vorhanden sind, und zwischen t=0 und t=9 insgesamt -5 Liter dazu, also 5 Liter weg kam, müssen es zu Beginn
Istart = 93 Liter - ( - 5 ) Liter = 98 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 51m³ 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=5 nimmt der Bestand (Wasser im Wassertank) ausschließlich zu, und zwar um:

IZunahme =

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

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

Somit nimmt der Bestand bis t=5 um 4 +3 = 7 zu.

Weil danach der Bestand wieder ständig abnimmt, ist zum Zeitpunkt t=5 der maximale Bestand (Wasser im Wassertank) erreicht mit:
Bmax = 51 m³ +7 m³ = 58 m³.

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

I3 (von 5 bis 8): Dreiecksfläche I3 = (8 - 5) ⋅ ( - 3 ) 2 = -9 2 = -4.5.

I4 (von 8 bis 10): Rechtecksfläche I4 = (10 - 8) ⋅ ( - 3 ) = 2 ⋅ ( - 3 ) = -6.

Damit ergibt sich am Ende des Beobachtungszeitraums ein Bestand (Wasser im Wassertank) von Bend = 58 m³ -10.5 m³ = 47.5 m³.

Da dies weniger ist als zu Beginn der Beobachtung (51 m³), ist dies der minimale Bestand(Wasser im Wassertank):
Bmin = 47.5 m³