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Tutorium Mathematik 3


Anwendungen der Integralrechnung - Lösungen


Aufgaben und Lösungen
1) Eine Kette wird zwischen zwei gleich hohen Aufhänge punkten im Abstand l = 5 m befestigt.
Gegenüber diesen Punkten hängt sie in der Mitte um d = 3 m durch.
Wie lang ist die Kette?

 (image: https://hssm.hqedv.de/uploads/TutoriumMathe3L1/Skizze.jpg)
 (image: https://hssm.hqedv.de/uploads/TutoriumMathe3L1/Integralrechnung1.jpg)









y(x)=a*cosh(x/a)+b
y(0)=a+b
y(2,5)=a*cosh(2,5/a)+b

Die Kette hängt um d = 3m durch

 (image: https://hssm.hqedv.de/uploads/TutoriumMathe3L1/Integralrechnung2.jpg)











y(2,5)-y(0)=3
a*cosh(2,5/a)-1-(2,5/a)-1-3/a=0 I* 2,5/2,5
cosh(2,5/a)-1-(2,5/a*3/2,5)=0; u=2,5/a


Nach der Substitution u = 2,5/a kann mit dem Newton-Verfahren die Nullstelle gesucht werden:

 (image: https://hssm.hqedv.de/uploads/TutoriumMathe3L1/Integralrechnung3.jpg)







f(u)=0=cosh(u)-(6/5u)-1
f'(u)=0=sin(u)-6/5




Mit un=2 ergibt sich nach wenigen Iterationen u = 1,82937 und somit a = 2,5/u = 1,3666. Damit ist die Funktion, welche die Kettenlinie beschreibt eindeutig definiert und es kann die Bogenlänge berechnet werden.

 (image: https://hssm.hqedv.de/uploads/TutoriumMathe3L1/Integralrechnung4.jpg)













2) Ein Parabolspiegel wird durch die Rotation der Kurve y = k *x² um die y-Achse beschrieben. Wie groß ist seine Oberfläche für k = 1 / m = und 0 ≤ x ≤ 1 m (der Parabolspiegel hat also damit einen Durchmesser von 2 m und eine Wölbungstiefe von 1 m).Vergleichen Sie die berechnete Oberfläche mit der einer Halbkugel vom Radius r = 1 m (Die Halbkugel hat auch einen Durchmesser von 2 m und eine Wölbungstiefe von 1 m).

mit k = 1 und y`(x) = 2x

 (image: https://hssm.hqedv.de/uploads/TutoriumMathe3L1/Integralrechnung5.jpg)




















3) Während der Zeit T falle ein Strom gemäß einer e-Funktion vom Wert ˆi auf seine Hälfte.
Berechnen Sie den integralen Mittelwert und den Effektivwert dieses Stroms in der Zeit T.

 (image: https://hssm.hqedv.de/uploads/TutoriumMathe3L1/Integralrechnung6.jpg)
 (image: https://hssm.hqedv.de/uploads/TutoriumMathe3L1/Integralrechnung7.jpg)
 (image: https://hssm.hqedv.de/uploads/TutoriumMathe3L1/Integralrechnung8.jpg)













































4) Ein Körper entsteht durch die Rotation der Kurve sin y Wurzel von x um die x-Achse, wobei gilt: 0 ≤ x ≤ π .
Berechnen Sie das Volumen des Körpers.

Hinweis: Verwenden Sie für das zu lösende Integral die partielle Integration, wobei Sie die Stammfunktion von sin²x aus dem Tabellenbuch entnehmen.

 (image: https://hssm.hqedv.de/uploads/TutoriumMathe3L1/Integralrechnung9.jpg)



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