Telekolleg - Integralrechnung Praktische Anwendungen
Zur praktischen Anwendung der Integralformel werden nun drei Aufgaben bearbeitet.
1. Aufgabe:
Gegeben ist die Randfunktion f(x) = x3 ; durch Integrieren soll der Flächeninhalt von x = 2 bis x = 4 bestimmt werden. Zur Lösung verwenden wir eine Stammfunktion ohne den Summanden c, da ja beliebige Stammfunktionen eingesetzt werden können.
Der Ansatz lautet: 2∫4 x3dx = x4/4 |24 (|24 bedeutet „in den Grenzen von 2 bis 4“). Die obere Grenze 4 in x4/4 eingesetzt ergibt 44/4 = 256/4 = 64; die untere Grenze 2 in x4/4 eingesetzt ergibt 24/4 = 16/4 = 4 ; Die Lösung lautet dann 2∫4 x3dx = 64 - 4 = 60.
2. Aufgabe:
Die nächste Funktion besteht aus einen quadratischen und einem linearen Glied und lautet f(x) = x2 + 2x . Die Grenzen des Integrals sind 6 und 3.
Der Ansatz lautet diesmal: 3∫6(x3+2x)dx = x3/3 + x2 |36; Die obere Grenze 6 in x3/3 + x2 eingesetzt ergibt 63/3 + 62 = 216/3 + 36 = 108; die untere Grenze 3 in x3/3 + x2 eingesetzt ergibt 33/3 + 32 = 27/3 + 9 = 18; Die Lösung lautet dann 3∫6(x3+2x)dx = 108 - 18 = 90.
3. Aufgabe:
Die Randfunktion lautet diesmal f(x) = x2 + 5, die Grenzen des Integrals sind 1 und 3. Der Ansatz lautet dann: 3∫6(x2+5)dx = x3/3 + 5x |13; Die obere Grenze 3 in x3/3 + 5x eingesetzt ergibt 33/3 + 5·3 = 27/3 + 15 = 24; die untere Grenze 1 in x3/3 + 5x eingesetzt ergibt 13/3 + 5 = 1/3 + 5 = 16/3.
Die Lösung lautet dann 3∫6(x2+5)dx = 24 - 16/3 = 56/3 = 18+2/3.
Zum Schluss der Sendung wird die Frage aufgeworfen, ob die Anwendung einer Stammfunktion mit dem Summanden c, also z. B. 2∫4 x3dx = x4/4 + c, zu den gleichen Ergebnissen geführt hätte. Setzt man c in die Rechnung ein, so zeigt sich, dass beim Subtrahieren der unteren von der oberen Grenze c verschwindet, d. h. es ist gleichwertig, ob man eine Stammfunktion mit oder ohne den Summanden c auswählt.
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