Aufgabenbeispiele von Anwendungen
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Integralanwendungen BF
Beispiel:
Aus einem Wasserhahn läuft Wasser mit der Auslaufgeschwindigkeit f(x)= (in Liter pro Minute) in einen Wassertank. Nach 3 Minuten sind 17 Liter im Tank. Wieviel Liter sind nach 6 Minuten darin?
=
=
=
=
=
=
=
= 2,25
Integralanwendungen
Beispiel:
Aus einem Wasserhahn läuft Wasser mit der Auslaufgeschwindigkeit f(x)= (in Liter pro Minute) in einen Wassertank. Nach 2 Minuten sind 14 Liter im Tank. Wieviel Liter sind nach 5 Minuten darin?
=
=
=
≈ 259,399
Integralfunktion - Gleichung
Beispiel:
Bestimme u > 0 so, dass =
=
=
=
Diese Integralfunktion soll ja den Wert annehmen, deswegen setzen wir sie gleich :
| = | | | ||
| = | |||
| = | |: | ||
| = | |ln(⋅) | ||
| = |
| = | | | ||
| = | |: | ||
| = |
Mittelwerte
Beispiel:
Die Menge eines Wirkstoffs im Blut eines Patienten kann zur Zeit x (in min) näherungsweise durch die Funktion f mit f(x)= (in mg) beschrieben werden. Berechne die mittlere Wirkstoffmenge in mg zwischen Minute 4 und Minute 7.
Wir berechnen den Mittelwert mit der üblichen Formel:
=
=
=
=
≈ 0,458
uneigentliche Integrale
Beispiel:
Der Graph der Funktion f mit f(x)=
Untersuche, ob der Flächeninhalt endlich ist und bestimme in diesem Fall diesen Flächeninhalt.
=
=
=
Für u → ∞ gilt: A(u) =
Für den Flächeninhalt (immer positiv) gilt also I = 0.09
Maximaler Bestand rückwärts
Beispiel:
Der maximale Bestand (Höhe des Fahrstuhls) wird zu dem Zeitpunkt erreicht, an dem die Änderungsrate vom Positiven ins Negative wechselt, also wenn die Zunahme in eine Abnahme übergeht.
Wir suchen also eine Nullstelle von f mit Vorzeichenwechsel + nach -.
|
|
= | |
|
|
|
|
= | |⋅
|
|
|
|
= | |
|
|
| t1 | = |
|
=
|
| t2 | = |
|
=
|
Wir wissen nun, dass zum Zeitpunkt t = 4 der Bestand (Höhe des Fahrstuhls) maximal ist.
Über die Fläche unter der Kurve können wir den gesamten Zuwachs bis zu diesem Zeitpunkt berechnen:
=
=
=
=
=
≈ 10,667
Der Zuwachs von Beginn bis zum Zeitpunkts des maximalen Bestands beträgt somit 10,667 m
Wenn der maximale Bestand (Höhe des Fahrstuhls) aber 45 m ist müssen ja zu Beginn bereits 45 m - 10,667 m ≈ 34,333 m vorhanden gewesen sein.
Der Anfangs-Höhe des Fahrstuhls betrug demnach B0 = 34,333 m.
minimaler + maximaler Bestand (2 Kurven)
Beispiel:
- Bei Beobachtungsbeginn sind ca. 37,2 Liter Wasser im Tank. Bestimme den kleinstmöglichen Inhalt an Liter Wasser im abgebildeten Zeitraum.
- Nach wie vielen Minuten ist am meisten Wasser im Tank?
Man erkennt schnell, dass von 0 bis 1 die Zuflussrate über der Abflussrate liegt, so dass hier das Wasservolumen zunimmt.
Von 1 bis 9 liegt dann die Abflussrate über der Zuflussrate, so dass hier das Wasservolumen abnimmt.
Von 9 bis 10 liegt dann wieder die Zuflussrate über der Abflussrate, so dass hier das Wasservolumen wieder zunimmt.
Die Werte der Zunahme (bzw. Abnahme) kann man an der Fläche zwischen den Kurven abzählen:
von 0 bis 1: ca. 0.5
Liter
von 1 bis 9: ca. -10.7 Liter
von 9 bis 10: ca. 0.5 Liter
- kleinster Bestand
Da das Wasservolumen zwischen t = 0 und t = 9 erst 0.5 Liter zu- und dann wieder 10.7 Liter abgenommen hat, muss der geringste Bestand zum Zeitpunkt t =9 sein (bevor es danach wieder zunimmt). Für diesen minimalen Bestand gilt dann:
B9 = 37.2+0.5-10.7 = 27 Liter . - Zeitpunkt des größten Bestands
Nachdem das Wasservolumen zwischen t = 0 und t = 1 zugenommen hat, ist die Abnahme zwischen t = 1 und t = 9 jedoch größer als der Zuwachs zwischen t = 9 und t = 10, so dass der Höchststand von t = 1 nicht wieder erreicht wird.
Somit wird das Wasservolumen bei t = 1 min maximal.
