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=5 Sekunden gefahren?

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Den Zuwachs des Bestands (zurückgelegte Strecke der Modelleisenbahn) zwischen 0 und 5 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) ⋅ 4 2 = 12 2 = 6.

I2 (von 3 bis 4): Rechtecksfläche I2 = (4 - 3) ⋅ 4 = 1 ⋅ 4 = 4.

I3 (von 4 bis 5): Trapezfläche I3 = (5 - 4) ⋅ 4 + 5 2 = 1 ⋅ 4.5 = 4.5.

Für den Zuwachs des Bestands (zurückgelegte Strecke der Modelleisenbahn) zwischen 0 und 5 gilt somit:

Iges = 6 +4 +4.5 = 14.5

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 32m³ Wasser im Tank. Wie viel Wasser ist nach 7 Minuten im Tank?

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

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

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

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

Iges = -9 -3 +4 = -8

Da zu Begin ja bereits 32 m³ vorhanden waren, sind es nun nach 7 min
I7 = 32 m³ -8 m³ = 24 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 Geschwindigkeit einer Modelleisenbahn (f(t) in cm/s, t in Sekunden nach Beobachtungsbeginn). Negative Geschwindigkeiten bedeuten, dass die Lok rückwärts fährt. Wie weit (in cm) war die Modelleisenbahn bei Beobachtungsbeginn vom Bahnhof entfernt, wenn sie nach t=10 Sekunden bereits 51 cm vom Bahnhof entfernt war ?

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Den Zuwachs (bzw. die Abnahme) des Bestands (Entfernung der Lok vom Bahnhof) 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): Dreiecksfläche I1 = (3 - 0) ⋅ 2 2 = 6 2 = 3.

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

I3 (von 5 bis 8): Rechtecksfläche I3 = (8 - 5) ⋅ ( - 1 ) = 3 ⋅ ( - 1 ) = -3.

I4 (von 8 bis 10): Trapezfläche I4 = (10 - 8) ⋅ -1 + ( - 3 ) 2 = 2 ⋅ ( - 2 ) = -4.

Für den Zuwachs (bzw. die Abnahme) des Bestands (Entfernung der Lok vom Bahnhof) zwischen 0 und 10 gilt somit:

Iges = 3 -1 -3 -4 = -5

Da ja nach 10 s 51 cm vorhanden sind, und zwischen t=0 und t=10 insgesamt -5 cm dazu, also 5 cm weg kam, müssen es zu Beginn
Istart = 51 cm - ( - 5 ) cm = 56 cm 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 56m³ Wasser im Tank. Bestimme die maximale und die minimale Wassermenge im Tank im abgebildeten Zeitraum zwischen t=0 und t=10 Minuten.

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Im ersten Teil zwischen t=0 und t=2 nimmt der Bestand (Wasser im Wassertank) ausschließlich zu, und zwar um:

IZunahme =

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

Somit nimmt der Bestand bis t=2 um 4 zu.

Weil danach der Bestand wieder ständig abnimmt, ist zum Zeitpunkt t=2 der maximale Bestand (Wasser im Wassertank) erreicht mit:
Bmax = 56 m³ +4 m³ = 60 m³.

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

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.

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

Damit ergibt sich am Ende des Beobachtungszeitraums ein Bestand (Wasser im Wassertank) von Bend = 60 m³ -24.5 m³ = 35.5 m³.

Da dies weniger ist als zu Beginn der Beobachtung (56 m³), ist dies der minimale Bestand(Wasser im Wassertank):
Bmin = 35.5 m³