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=2 Sekunden und t=8 Sekunden gefahren?

Lösung einblenden

Den Zuwachs des Bestands (zurückgelegte Strecke der Modelleisenbahn) zwischen 2 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:

I2 (von 2 bis 4): Trapezfläche I2 = (4 - 2) ⋅ 3 + 2 2 = 2 ⋅ 2.5 = 5.

I3 (von 4 bis 5): Rechtecksfläche I3 = (5 - 4) ⋅ 2 = 1 ⋅ 2 = 2.

I4 (von 5 bis 8): Trapezfläche I4 = (8 - 5) ⋅ 2 + 6 2 = 3 ⋅ 4 = 12.

Für den Zuwachs des Bestands (zurückgelegte Strecke der Modelleisenbahn) zwischen 2 und 8 gilt somit:

Iges = 5 +2 +12 = 19

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 25m³ Wasser im Tank. Wie viel Wasser ist nach 9 Minuten 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): Dreiecksfläche I1 = (2 - 0) ⋅ 3 2 = 6 2 = 3.

I2 (von 2 bis 4): Dreiecksfläche I2 = (4 - 2) ⋅ ( - 1 ) 2 = -2 2 = -1.

I3 (von 4 bis 6): Rechtecksfläche I3 = (6 - 4) ⋅ ( - 1 ) = 2 ⋅ ( - 1 ) = -2.

I4 (von 6 bis 9): Trapezfläche I4 = (9 - 6) ⋅ -1 + ( - 2 ) 2 = 3 ⋅ ( - 1.5 ) = -4.5.

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

Iges = 3 -1 -2 -4.5 = -4.5

Da zu Begin ja bereits 25 m³ vorhanden waren, sind es nun nach 9 min
I9 = 25 m³ -4.5 m³ = 20.5 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 69 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): Rechtecksfläche I1 = (2 - 0) ⋅ 4 = 2 ⋅ 4 = 8.

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

I3 (von 4 bis 7): Dreiecksfläche I3 = (7 - 4) ⋅ ( - 3 ) 2 = -9 2 = -4.5.

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

Iges = 8 +4 -4.5 = 7.5

Da ja nach 7 Sekunden 69 Liter vorhanden sind, und zwischen t=0 und t=7 insgesamt 7.5 Liter dazu kam, müssen es zu Beginn
Istart = 69 Liter - 7.5 Liter = 61.5 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 :(
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. Bestimme die maximale und die minimale Wassermenge im Tank im abgebildeten Zeitraum zwischen t=0 und t=8 Minuten.

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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) ⋅ ( - 4 ) 2 = -12 2 = -6.

Somit nimmt der Bestand bis t=3 um -6 ab.

Weil danach der Bestand wieder ständig zunimmt, ist zum Zeitpunkt t=3 der minimale Bestand (Wasser im Wassertank) erreicht mit:
Bmin = 28 m³ -6 m³ = 22 m³.

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

I2 (von 3 bis 6): Dreiecksfläche I2 = (6 - 3) ⋅ 4 2 = 12 2 = 6.

I3 (von 6 bis 8): Rechtecksfläche I3 = (8 - 6) ⋅ 4 = 2 ⋅ 4 = 8.

Damit ergibt sich am Ende des Beobachtungszeitraums ein Bestand (Wasser im Wassertank) von Bend = 22 m³ +14 m³ = 36 m³.

Da dies mehr ist als zu Beginn der Beobachtung (28 m³), ist dies der maximale Bestand(Wasser im Wassertank):
Bmax = 36 m³