= ${\left[-\frac{4}{3}{\left(x-1\right)}^{-3}\right]}_2^5$

= ${\left[-\frac{4}{3{\left(x-1\right)}^3}\right]}_2^5$

$=$ $-\frac{4}{3{\left(5-1\right)}^3}+\frac{4}{3{\left(2-1\right)}^3}$

= $-\frac{4}{3\cdot 4^3}+\frac{4}{3\cdot 1^3}$

= $-\frac{4}{3}\cdot \left(\frac{1}{64}\right)+\frac{4}{3}\cdot 1$

= $-\frac{1}{48}+\frac{4}{3}$

= $-\frac{1}{48}+\frac{64}{48}$

= $\frac{21}{16}$

= ${\left[-{\left(x-1\right)}^{-1}\right]}_3^4$

= ${\left[-\frac{1}{x-1}\right]}_3^4$

$=$ $-\frac{1}{4-1}+\frac{1}{3-1}$

= $-\frac{1}{3}+\frac{1}{2}$

= $-\left(\frac{1}{3}\right)+\frac{1}{2}$

= $\frac{1}{6}$

= ${\left[-6e^{-\mathrm{0,3}x+\mathrm{0,8}}\right]}_0^u$

$=$ $-6e^{-\mathrm{0,3}u+\mathrm{0,8}}+6e^{-\mathrm{0,3}\cdot 0+\mathrm{0,8}}$

= $-6e^{-\mathrm{0,3}u+\mathrm{0,8}}+6e^{0+\mathrm{0,8}}$

= $-6e^{-\mathrm{0,3}u+\mathrm{0,8}}+6e^{\mathrm{0,8}}$

Diese Integralfunktion soll ja den Wert $5$ annehmen, deswegen setzen wir sie gleich :

Wir berechnen den Mittelwert mit der üblichen Formel:

= $1$ ${\left[\frac{4}{3}\ln \left(\left|$ 3x-5$\right|\right)\right]}_2^3$

$=$ $\frac{4}{3}\ln \left(\left|$ 3\cdot 3-5$\right|\right)-\frac{4}{3}\ln \left(\left|$ 3\cdot 2-5$\right|\right)$

= $\frac{4}{3}\ln \left(\left|$ 9-5$\right|\right)-\frac{4}{3}\ln \left(\left|$ 6-5$\right|\right)$

= $\frac{4}{3}\ln \left(4\right)-\frac{4}{3}\ln \left(\left|$ 6-5$\right|\right)$

= $\frac{4}{3}\ln \left(4\right)-\frac{4}{3}\ln \left(1\right)$

= $\frac{4}{3}\ln \left(4\right)+0$

= $\frac{4}{3}\ln \left(4\right)$

= ${\left[-\frac{1}{2}{\left(-2x+1\right)}^{-1}\right]}_2^u$

= ${\left[-\frac{1}{2\left(-2x+1\right)}\right]}_2^u$

$=$ $-\frac{1}{2\left(-2u+1\right)}+\frac{1}{2\left(-2\cdot 2+1\right)}$

= $-\frac{1}{2\left(-2u+1\right)}+\frac{1}{2\left(-4+1\right)}$

= $-\frac{1}{2\left(-2u+1\right)}+\frac{1}{2\left(-3\right)}$

= $-\frac{1}{2\left(-2u+1\right)}+\frac{1}{2}\cdot \left(-\frac{1}{3}\right)$

= $-\frac{1}{2\left(-2u+1\right)}-\frac{1}{6}$

Für u → ∞ gilt: A(u) = $-\frac{1}{2\left(-2u+1\right)}-\frac{1}{6}$ → $0-\frac{1}{6}$ = $-\frac{1}{6}$ ≈ -0.167

Für den Flächeninhalt (immer positiv) gilt also I = 0.167

Der maximale Bestand (Wassermenge im Tank) 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 -.

Wir wissen nun, dass zum Zeitpunkt t = 6 der Bestand (Wassermenge im Tank) maximal ist.
Über die Fläche unter der Kurve können wir den gesamten Zuwachs bis zu diesem Zeitpunkt berechnen:

= ${\left[-5e^{-\mathrm{0,2}x+\mathrm{1,2}}-x\right]}_0^6$

$=$ $-5e^{-\mathrm{0,2}\cdot 6+\mathrm{1,2}}-6-\left(-5e^{-\mathrm{0,2}\cdot 0+\mathrm{1,2}}-0\right)$

= $-5e^{-\mathrm{1,2}+\mathrm{1,2}}-6-\left(-5e^{0+\mathrm{1,2}}+0\right)$

= $-5e^0-6-\left(-5e^{\mathrm{1,2}}+0\right)$

= $-5-6+5e^{\mathrm{1,2}}$

= $-11+5e^{\mathrm{1,2}}$

Der Zuwachs von Beginn bis zum Zeitpunkts des maximalen Bestands beträgt somit 5,601 m³

Wenn der maximale Bestand (Wassermenge im Tank) aber 45 m³ ist müssen ja zu Beginn bereits 45 m³ - 5,601 m³ ≈ 39,399 m³ vorhanden gewesen sein.

Der Anfangs-Wassermenge im Tank betrug demnach B₀ = 39,399 m³.

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

1. Anfangsbestand

   Da das Wasservolumen zwischen t = 0 und seinem Tiefstand bei t = 9 (bevor es danach wieder zunimmt) erst 0.5 Liter zu- und dann wieder 10.7 Liter abgenommen hat, also insgesamt um |0.5-10.7| = 10.2 Liter weniger wurde, muss es beim Beobachtungsbeginn t = 0 bereits 15.8+10.2 = 26 Liter betragen haben.

2. 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.