Wiki-Quellcode von BPE 13.1 Bestandsrekonstruktion und Orientierter Flächeninhalt

Version 53.10 von Holger Engels am 2026/10/09 14:34

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version	line-number	content
18.1	1	{{seiteninhalt/}}
	2
3.1	3	[[Kompetenzen.K1]] Ich kann das bestimmte Integral als rekonstruierten Bestand deuten
	4	[[Kompetenzen.K1]] Ich kann das bestimmte Integral als Flächeninhalt zwischen Funktionsgraph und x-Achse deuten
	5	[[Kompetenzen.K5]] Ich kann den Wert bestimmter Integrale mittels Flächenzerlegung näherungsweise ermitteln
19.3	6	[[Kompetenzen.K5]] [[Kompetenzen.K6]] Ich kann den propädeutischen Grenzwertbegriff beim Übergang von Unter- und Obersummen zum bestimmten Integral nutzen {{niveau}}e{{/niveau}}
3.1	7	[[Kompetenzen.K6]] Ich kann den Wert eines bestimmten Integrals als Bilanz orientierter Flächeninhalte interpretieren
	8	[[Kompetenzen.K6]] Ich kann die Eigenschaften des bestimmten Integrals erläutern {{niveau}}e{{/niveau}}
19.3	9	[[Kompetenzen.K5]] [[Kompetenzen.K6]] Ich kann die Eigenschaften des bestimmten Integrals nutzen {{niveau}}g{{/niveau}}
1.1	10
19.3	11	{{lernende}}
	12	Siehe dazu [[Rekonstruktion einer Größe>>https://kmap.eu/app/browser/Mathematik/Integralrechnung/Rekonstruktion%20einer%20Gr%C3%B6%C3%9Fe]] und [[Obersumme/Untersumme interaktiv>>https://kmap.eu/app/browser/Mathematik/Integralrechnung/Obersumme%20und%20Untersumme#erkunden]]
	13	{{/lernende}}
	14
34.1	15	--Deutung des bestimmten Integrals (Bestandsrekonstruktion, z. B. zurückgelegte Strecke bei veränderlicher Geschwindigkeit, Fläche)--
46.2	16	--gekrümmte Randfunktion--
	17	--Näherungsweise Berechnung von Integralen (z. B. Kästchenzählen, Ober- und Untersumme)--
28.3	18	Orientierter Flächeninhalt (z. B. Zu- und Abflussmenge)
	19	Eigenschaften des bestimmten Integrals (Intervalladditivität, Linearität des Integrals, Integralwert ist Null bei ungeraden Funktionen und zu x=0 symmetrischen Integrationsgrenzen)
28.2	20
46.1	21	== Bestandsrekonstruktion ==
19.3	22	{{aufgabe id="Gefäß" afb="I" kompetenzen="K4" quelle="[[KMap>>https://kmap.eu/app/browser/Mathematik/Integralrechnung/Rekonstruktion%20einer%20Gr%C3%B6%C3%9Fe]]" zeit="5"}}
	23	Ein Gefäß sei zu Beginn der Beobachtung mit //10 l// gefüllt. Es wird folgender Zufluss/ Abluss beobachtet:
28.1	24
	25	[[image:Gefäß.svg\|\|class=center width=600]]
	26
19.3	27	Bestimme den Füllstand nach diesen Veränderungen.
	28	{{/aufgabe}}
	29
29.1	30	{{aufgabe id="Fahrstrecke" afb="I" kompetenzen="K4" quelle="[[KMap>>https://kmap.eu/app/browser/Mathematik/Integralrechnung/Rekonstruktion%20einer%20Gr%C3%B6%C3%9Fe]]" zeit="5"}}
31.1	31	[[image:Fahrstrecke.svg\|\|class="right" width=500]]Das Schaubild zeigt den Geschwindigkeitsverlauf während einer Autofahrt.
29.1	32	Bestimme die zurückgelegte Strecke.
	33	{{/aufgabe}}
	34
33.1	35	{{aufgabe id="Photovoltaikanlage" afb="I" kompetenzen="K4" quelle="[[KMap>>https://kmap.eu/app/browser/Mathematik/Integralrechnung/Rekonstruktion%20einer%20Gr%C3%B6%C3%9Fe]]" zeit="5"}}
44.2	36	[[image:Photovoltaik.svg\|\|class="right" width=500]]Ein Speicher wird über eine Photovoltaikanlage geladen. Das Schaubild zeigt die Ladeleistung über die Zeit.
40.6	37	Bestimme näherungsweise die gespeicherte Energiemenge des Speichers um 18:00 Uhr unter der Annahme, dass sie morgens um 6:00 Uhr //2 kWh// betrug.
33.1	38	{{/aufgabe}}
	39
46.1	40	{{aufgabe id="Test-Rakete" afb="II" kompetenzen="K3,K4" quelle="Holger Engels" zeit="9"}}
50.2	41	Bei der Erprobung eines neuen Raketenantriebs werden verschiedene Flugprofile getestet. Bereits eingezeichnet in das Geschwindigkeits-Zeit-Diagramm ist ein unrealistisches Flugprofil, bei dem die Rakete schlagartig auf ihre Reisegeschwindigkeit kommt und diese die gesamten 20 Sekunden konstant hält.
46.1	42
48.1	43	[[image:Rakete.svg\|\|width=600]]
51.1	44	Der Flächeninhalt unter dem Graphen der Geschwindigkeit entspricht dem zurückgelegten Weg //s// (in m).
	45
	46	Zeichne für die beiden folgenden Flugprofile jeweils einen möglichen Graphen in das Koordinatensystem ein. Allen drei Flugprofilen ist die Dauer von 20 Sekunden und die Strecke von 600 Metern gemein.
46.1	47	(%class=abc%)
47.1	48	1. Konstante Beschleunigung: Die Rakete startet aus dem Stand (//v(0) = 0//) und beschleunigt für 20 Sekunden mit einer konstanten Rate. Die Geschwindigkeit nimmt also linear zu.
	49	1. Start-, Flug- und Bremsphase: In einem weiteren Testflug startet die Rakete aus dem Stand (//v(0) = 0//), beschleunigt 8 Sekunden lang mit einer konstanten Rate, fliegt dann 4 Sekunden lang mit konstanter Geschwindigkeit und bremst schließlich mit einer konstanten negativen Rate wieder 8 Sekunden lang bis zum Stillstand (//v(20)=0//) ab.
46.1	50	{{/aufgabe}}
	51
51.7	52	{{aufgabe id="Streifenmethode" afb="II" kompetenzen="" quelle="Holger Engels, Stefanie Walz" zeit=""}}
53.9	53	[[image:Streifenmethode.svg\|\|width=250 class=right]]Das Schaubild zeigt die Normalparabel {{formula}}f(x)= x^2{{/formula}}. Für //n// Streifen und einer Streifenbreite von {{formula}}\frac{b}{n}{{/formula}} ergibt sich die Untersumme folgendermaßen:
51.2	54
53.2	55	{{formula}}
53.5	56	\begin{aligned}
53.7	57	U_n &= \Delta x \cdot f(1\cdot\Delta x) + \Delta x \cdot f(2\cdot\Delta x) + ... + \Delta x \cdot f(n\cdot\Delta x) \\
	58	\text{} &= \Delta x \cdot (1\cdot \Delta x)^2 + \Delta x \cdot (2\cdot \Delta x)^2 + ... + \Delta x \cdot (n\cdot \Delta x)^2
53.5	59	\end{aligned}
53.2	60	{{/formula}}
53.3	61
53.7	62	... führt nach einigen Umformungen schließlich zu ...
53.3	63
51.7	64	{{formula}}U_n = b^3\frac16(2+\frac3n+\frac1{n^2}){{/formula}}
53.3	65
53.7	66	Berechne den Wert dieser Summe für unterschiedliche //n//.
51.8	67	(%class="border slim"%)
53.10	68	\|=//n//\| 4 \| 8 \| 100
51.8	69	\|={{formula}}U_n{{/formula}}\|\|\|
53.7	70
53.2	71	Betrachte den Term und begründe, gegen welchen Wert er für {{formula}}n\rightarrow\infty{{/formula}} strebt.
51.2	72	{{/aufgabe}}
	73
46.1	74	== Bestimmtes Integral ==
	75
	76	== Eigenschaften ==
38.1	77	{{aufgabe id="Integraleigenschaften" afb="II" kompetenzen="K1" quelle="Debora Kemm, Benjamin Kaiser" zeit="10"}}
35.1	78	Ermittle eine aufgsteigende Reihenfolge für den Wert der folgenden Integrale
	79	(%class=abc%)
40.1	80	1. {{formula}}\int_{-5}^{5} e^{x+4} \, dx{{/formula}}
39.1	81	1. {{formula}}\int_{-5}^{5} e^{x-4} \, dx{{/formula}}
35.1	82	1. {{formula}}\int_{-5}^{5} (-x^5 + 4x^3-2x)\, dx{{/formula}}
36.1	83	1. {{formula}}\int_{-5}^{5} (\cos(\frac{1}{2}x)-3)\, dx {{/formula}}
35.1	84	{{/aufgabe}}
	85
46.1	86	{{aufgabe id="Bilanz null" afb="II" kompetenzen="K2, K5" quelle="Holger Engels" zeit="8"}}
	87	Es gilt für das bestimmte Integral im Intervall {{formula}}[1; 5]{{/formula}}:
45.1	88
46.1	89	{{formula}}\int_{1}^5 f(x) \, dx = 0{{/formula}}
	90
	91	Gib jeweils eine Funktionsgleichung für {{formula}}f{{/formula}} an, die diese Bedingung erfüllt. Begründe jeweils Deine Wahl.
45.1	92	(%class=abc%)
46.1	93	1. {{formula}}f{{/formula}} ist eine trigonometrische Funktion.
	94	1. {{formula}}f{{/formula}} ist eine Polynomfunktion.
45.1	95	{{/aufgabe}}
	96
46.1	97	{{aufgabe id="Rechenregeln" afb="III" kompetenzen="K4,K5" quelle="Holger Engels" zeit="9"}}
	98	Gegeben sind zwei im Intervall {{formula}}[-5; 5]{{/formula}} stetige Funktionen {{formula}}f{{/formula}} und {{formula}}g{{/formula}}. Es sind keine Funktionsterme bekannt, lediglich die Symmetrieeigenschaften:
	99	* Der Graph der Funktion {{formula}}f{{/formula}} ist punktsymmetrisch zum Ursprung
	100	* Der Graph der Funktion {{formula}}g{{/formula}} ist achsensymmetrisch zur y-Achse
	101	und folgende bestimmte Integralwerte:
	102
	103	(% style="display:flex"%)(((
	104	((({{formula}}\int\limits_{0}^{3}f(x)\ dx=5{{/formula}}))) ((({{formula}}\int\limits_{0}^{5}g(x)\ dx=14{{/formula}}))) ((({{formula}}\int\limits_{-3}^{3}(f(x)+g(x))\ dx=18{{/formula}})))
	105	)))
	106
	107	Ermittle den exakten Wert des folgenden bestimmten Integrals:
	108
	109	{{formula}}\int\limits_{-5}^{-3}g(x)\ dx{{/formula}}
	110	{{/aufgabe}}
	111
19.1	112	{{seitenreflexion bildungsplan="" kompetenzen="" anforderungsbereiche="" kriterien="" menge=""/}}

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