Die Integralfunktion
Es sei f(t) = 2t und Iā(x) = ā«āĖ£ f(t) dt. Welches Integral ist Iā(4)?
ErklƤrung: Der Index 1 nennt die untere Grenze, das Argument 4 die obere: Iā(4) = ā«āā“ 2t dt. Bei ā«āā“ wƤre die untere Grenze falsch, bei ā«ā¹ sind die Grenzen vertauscht.
Für f(t) = t und Iā(x) = ā«āĖ£ t dt gilt Iā(4) = 8.
ErklƤrung: Richtig. Iā(4) ist die FlƤche unter dem Graphen von f über [0 ; 4], ein Dreieck mit Grundseite 4 und Hƶhe 4: 4 Ā· 4 / 2 = 8. Der Funktionswert f(4) = 4 ist etwas anderes als die FlƤche.
Im Bild ist die Bilanz von f(t) = t ā 2 zwischen 0 und einer wandernden oberen Grenze markiert. Welcher Wert der Integralfunktion Iā wird gezeigt?
ErklƤrung: Die markierte FlƤche reicht von der unteren Grenze 0 bis zur oberen Grenze 5: Sie gehƶrt zu Iā(5) = ā«āāµ (t ā 2) dt = 2,5. f(5) = 3 ist eine Hƶhe, keine FlƤche.
Es sei f(t) = 3 und Iā(x) = ā«āĖ£ 3 dt. Berechne Iā(4).
ErklƤrung: Rechteck der Breite 4 und der Hƶhe 3: Iā(4) = 12.
Es sei f(t) = 2t und Iā(x) = ā«āĖ£ f(t) dt. Berechne Iā(3) mit der TrapezflƤche.
ErklƤrung: Ćber [1 ; 3] steigt f von 2 auf 6: Trapez mit den parallelen Seiten 2 und 6 und der Breite 2: (2 + 6)/2 Ā· 2 = 8.
Für f(t) = t ā 2 sei Iā(x) = ā«āĖ£ f(t) dt. Wie groĆ ist Iā(3)?
ErklƤrung: Ćber [0 ; 2] liegt ein Dreieck von 2 FE unterhalb der t-Achse, über [2 ; 3] eines von 0,5 FE oberhalb: Iā(3) = ā2 + 0,5 = ā1,5. Der Wert 1,5 vergisst das Vorzeichen; 1 ist der Funktionswert f(3), nicht die FlƤche.
Für f(t) = t + 1 ist Iā(2) = f(2).
ErklƤrung: Falsch. f(2) = 3 ist ein Funktionswert. Iā(2) ist die FlƤche über [0 ; 2]: Trapez mit den Hƶhen 1 und 3 und der Breite 2, also (1 + 3)/2 Ā· 2 = 4. Ein Wert der Integralfunktion ist eine Bilanz, kein Funktionswert.
Für f(t) = t ā 2 sei Iā(x) = ā«āĖ£ f(t) dt. Berechne Iā(5).
ErklƤrung: Ćber [2 ; 5] liegt ein Dreieck oberhalb der Achse mit Grundseite 3 und Hƶhe 3: 3 Ā· 3 / 2 = 4,5.
Für f(t) = t ā 1 sei Iā(x) = ā«āĖ£ f(t) dt. Für welches x > 0 ist Iā(x) = 0?
Erklärung: Bis t = 1 liegt ein Dreieck von 0,5 FE unterhalb der Achse. Damit die Bilanz 0 wird, muss oberhalb ebenfalls 0,5 FE dazukommen: Das Dreieck ab t = 1 mit Grundseite g hat den Inhalt g²/2 = 0,5, also g = 1 und x = 2.
Die Funktion f(t) = (t ā 1)(t ā 3) hat die Nullstellen 1 und 3. Was passiert mit der Integralfunktion Iā an der Stelle x = 2?
ErklƤrung: Bei x = 2 ist f(2) = ā1 < 0: Die neu hinzukommende FlƤche ist negativ, Iā fƤllt. Ein Minimum hat Iā erst bei x = 3, wo f von negativ zu positiv wechselt.
Für f(t) = t ā 2 steigt die Integralfunktion Iā an der Stelle x = 1, denn f steigt dort.
ErklƤrung: Falsch. f steigt zwar überall, aber f(1) = ā1 ist negativ: Die neu hinzukommende FlƤche ist negativ, Iā fƤllt bei x = 1. Entscheidend ist das Vorzeichen von f, nicht sein Anstieg.
Für f(t) = t ā 2 sei Iā(x) = ā«āĖ£ f(t) dt. An welcher Stelle x hat Iā sein Minimum?
ErklƤrung: Für x < 2 ist f negativ, Iā fƤllt; ab x = 2 ist f positiv, Iā steigt. Das Minimum liegt bei der Nullstelle von f, x = 2.
Für f(t) = 6 ā 2t sei Iā(x) = ā«āĖ£ f(t) dt. Wie groĆ ist der grƶĆte Wert von Iā?
ErklƤrung: f ist positiv bis t = 3 und danach negativ: Iā steigt bis x = 3. Iā(3) ist die DreiecksflƤche mit Grundseite 3 und Hƶhe f(0) = 6: 3 Ā· 6 / 2 = 9.
Es sei f(t) = t ā 3 und Iā(x) = ā«āĖ£ f(t) dt. Skizziere den Graphen von f, berechne Iā(1), Iā(3), Iā(6) und Iā(8) mit FlƤchen und beschreibe damit den Verlauf von Iā (fallend, steigend, Minimum).
Schreibe deine Rechnung auf Papier und fotografiere sie.
ErklƤrung: Die Werte ā2,5, ā4,5, 0 und 8 ergeben sich aus FlƤchen mit Vorzeichen. Iā fƤllt, solange f negativ ist (x < 3), und steigt danach; das Minimum liegt bei der Nullstelle von f.
Für f(t) = 2t ist Iā(x) = x² und Iā(x) = x² ā 4. Um wie viel liegt der Graph von Iā überall unter dem Graphen von Iā?
ErklƤrung: Iā(x) ā Iā(x) = x² ā (x² ā 4) = 4 für jedes x. Der Graph von Iā ist der von Iā, um Iā(2) = 4 nach unten verschoben ā die Form bleibt gleich. Die untere Grenze 2 selbst (Antwort 2) ist nicht der Abstand.
Für f(t) = 5 gilt Iā(3) = 0.
ErklƤrung: Richtig. Iā(3) = ā«ā³ 5 dt: Das Intervall hat die LƤnge 0, also ist Iā(3) = 0. Jede Integralfunktion ist an ihrer unteren Grenze 0, auch wenn f dort nicht 0 ist.
Es gilt Iā(5) = 12 und Iā(2) = 3. Berechne Iā(5) = ā«āāµ f(t) dt.
ErklƤrung: ā«āāµ f = ā«āāµ f ā ā«ā² f = Iā(5) ā Iā(2) = 12 ā 3 = 9.
Für f(t) = t gilt Iā(x) = x²/2. Berechne Iā(6) = ā«āā¶ t dt.
ErklƤrung: Iā(6) = Iā(6) ā Iā(4) = 18 ā 8 = 10.