00:00
00:00
KURSER  / 
Matematik 3
BC
/  Primitiva funktioner och integraler

Tillämpning Integraler- E-uppgifter

Författare:Simon Rybrand
Så hjälper Eddler dig:
Videor som är lätta att förstå Övningar & prov med förklaringar
Allt du behöver för att klara av nationella provet
Så hjälper Eddler dig:
Videor som är lätta att förstå Övningar & prov med förklaringar
Allt du behöver för att klara av nationella provet

Tillämpning av integraler

Vid tillämpning av integraler bestämmer man ofta en storhet. Storheter uttrycks med ett mätetal och en enhet. Exempelvis är sträckan 444 km, kostnaden 10 00010\text{ }00010 000 kr och volymen 250250250 liter storheter.

Som hjälp för att avgöra vilken integrand som ger en viss integral, kan man tänka att integralen kan ses som en summa av en massa förändringar. Därför gör vi här nedan en uppräkning av tillämpningsområden. Dessa har du stor nytta av att använda som stöd vi dina beräkningar på tillämpningar med integraler.

Notera att en integral aldrig har enhet, utan endas ett värde. Men vid tillämpning kan man använda en integral som matematisk modell och en storhet kan då läggas till vid tolkningen av integralens värde. Så egentligen är det inte integralen som motsvarar en storhet, utan tolkningen av integralen som ges en storhet.

Hastighet – Sträcka

tillämpning Integral för sträckan

Kraft – Arbete

tillämpning Integraler för arbetet

Tillväxthastighet – Befolkningstillväxt

tillämpning Integral tillväxthastighet

Acceleration – Hastighet

Integral till hastighet

Längd – Area

Integral för arean

Marginalkostnad – Kostnadsändring

Integral för marginalkostnad

Area – Volym

tillämpning Integral till volym

Utflöde – Volym

Integral för volym

Effekt – Energiförbrukning

tillämpningar av integral för energiförbrukning

Vilken enhet ska tillämpningen ha?

När vi tittade på hur man kan bestämma en area som motsvarar en integral, delade vi upp den i rektanglar. Deras areor beräknas med basen gånger höjden, vilket i detta fall motsvarar yx\bigtriangleup y\cdot\bigtriangleup xy·x.  När vi ska bestämma en enhet för en tillämpning som gjort med hjälp av en integral gäller samma sak. Nämligen att tillämpningens enhet fås genom multiplikation mellan yyy -axelns enhet med xxx -axelns enhet.

 Integralens enhet=y-axelns enhetx-axelns enhet\text{Integralens enhet}=y\text{-axelns enhet}\cdot x\text{-axelns enhet}Integralens enhet=y-axelns enhet·x-axelns enhet 

Ett tips är att använda denna kunskap. För men hjälp av enheterna i uppgiften kan du förhoppningsvis lista ut vilken funktion som är integrandens och vilken som är integralens storhet, genom att jämföra enheterna.

Exempel 1

Vilken enhet motsvarar integralen, då integranden är hastigheten v(t)v\left(t\right)v(t) angiven i km/h med avseende på tiden ttt i timmar?

Lösning

Genom att multiplicera yyy -axelns enhet med xxx -axelns enhet, får vi integralens enhet

till  kmh\frac{km}{h}kmh h=km\cdot h=km·h=km.

Integral som sträcka

När integranden är en funktion för hastighet, motsvarar integralen en sträcka.

Exempel 2

Vilken enhet motsvarar integralen, då integranden är tillväxthastigheten hos en befolkning N(t)N’\left(t\right)N(t) angiven i personer/år med avseende på tiden ttt i år?

Lösning

Genom att multiplicera yyy -axelns enhet med xxx -axelns enhet, får vi integralens enhet

till  personera˚r\frac{\text{personer}}{\text{år}}personerår  a˚r=personer\cdot\text{år}=\text{personer}·år=personer.

Integral som befolkningsmängd

När integranden är en funktion för tillväxthastigheten i personer /år, motsvarar integralen befolkningstillväxten i antal personer.

Formler och begrepp som används vid tillämpningar

Ofta ligger svårigheten i tillämpningen att se sambandet mellan integralen och integranden. När vi väl lyckas teckna den integral som gör det möjligt att lösa problemet använder man de vanliga metoderna för att beräkna integralen. Därför har du stor hjälp av av exemplen på tillämpningar här ovan.

Integralkalkylens fundamentalsats

abf(x)dx=[F(x)]ab=F(b)F(a) \int\limits_a^b f(x) dx = \left[ F(x) \right]_a^b = F(b) – F(a) där

aa är den undre intervallgränsen och bb den övre.
f(x)f(x) är integranden, dvs den funktion vi tar fram primitiv funktion F(x)F(x) på.
För att få fram värdet på integralen beräknas sedan F(b)F(a)F(b) – F(a)

Arean mellan kurvor

I föregående lektion gick vi igenom hur man beräknar arean mellan två kurvor. Det kan du dessutom ha nytta av vid tillämpningar. Därför följer formeln för proceduren för beräkning av en sådan integral.

Area mellan kurvor

Arean mellan en övre kurva f(x)f\left(x\right)ƒ (x) och en undre  g(x)g\left(x\right)g(x) i intervallet aa till bb motsvarar värdet av integralen

abf(x)g(x)dx \int\limits_a^b f(x) – g(x) dx

Egenskaper hos integraler

Integraler har ett antal egenskaper. Som ett resultat av det har du nytta av att känna till följande.

Egenskaper hos integraler

 abk f(x) dx=k abf(x) dx\int_a^bk\text{ }\cdot f\left(x\right)\text{ }dx=k\text{ }\int_a^bf\left(x\right)\text{ }dxabk ·ƒ (x) dx=k abƒ (x) dx    där  kkk är en konstant.

abf(x) dx+ bcf(x) dx=acf(x) dx\int_a^bf\left(x\right)\text{ }dx+\text{ }\int_b^cf\left(x\right)\text{ }dx=\int_a^cf\left(x\right)\text{ }dxabƒ (x) dx+ bcƒ (x) dx=acƒ (x) dx  då  abca\le b\le cabc

abf(x) ±g(x)dx= abf(x) dx ± abg(x) dx\int_a^bf\left(x\right)\text{ }\pm g\left(x\right)dx=\text{ }\int_a^bf\left(x\right)\text{ }dx\text{ }\pm\text{ }\int_a^bg\left(x\right)\text{ }dxabƒ (x) ±g(x)dx= abƒ (x) dx ± abg(x) dx

 aaf(x) dx=0\text{ }\int_a^af\left(x\right)\text{ }dx=0 aaƒ (x) dx=0

 abf(x) dx= baf(x) dx\text{ }\int_a^bf\left(x\right)\text{ }dx=\text{ }-\int_b^af\left(x\right)\text{ }dx abƒ (x) dx= baƒ (x) dx

Man kan alltså tolka integralen som en summa av areorna över  xxx -axeln minus areorna under  xxx -axeln.

Exempel 3

Beräkna integralen  1330(x234x) dx\int_1^330\left(\frac{x^2}{3}-4x\right)\text{ }dx1330(x23 4x) dx 

Lösning

Genom att   abk f(x) dx=k abf(x) dx\int_a^bk\text{ }\cdot f\left(x\right)\text{ }dx=k\text{ }\int_a^bf\left(x\right)\text{ }dxabk ·ƒ (x) dx=k abƒ (x) dx    där  kkk är en konstant, kan vi beräkna integralen som

 1330(x234x) dx=30 13x234x dx\int_1^330\left(\frac{x^2}{3}-4x\right)\text{ }dx=30\text{ }\int_1^3\frac{x^2}{3}-4x\text{ }dx1330(x23 4x) dx=30 13x23 4x dx 

 30 13x234x dx=30[x32x2]13=30\text{ }\int_1^3\frac{x^2}{3}-4x\text{ }dx=30\left[x^3-2x^2\right]^{^3}_1=30 13x23 4x dx=30[x32x2]31= 

 30((33232)(13212))=30\left(\left(3^3-2\cdot3^2\right)-\left(1^3-2\cdot1^2\right)\right)=30((332·32)(132·12))= 

30(9(1))=3010=30030\left(9-\left(-1\right)\right)=30\cdot10=30030(9(1))=30·10=300  

Exempel i videon

  • Den kraft F(s) som krävs för att flytta en låda framåt en sträcka ges av F(s) = 400 där s är sträckan i meter. Beräkna arbetet som krävs för att flytta lådan 6 meter.
  • Eva kastar en boll till Juan. Bollens hastighet v m/s beskrivs av funktionen v(t) = -0,2t² + 10 där t är tiden i sek. Det tar 3 sekunder för bollen att nå
    fram till Juan. Hur lång sträcka har bollen färdats?