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Ingenieurwissenschaftliche Grundlagen – Mathematik

Das Quellen- und Literaturverzeichnis zu dieser Seite finden Sie hier.

Aufgabe 1 von 2

INTEGRALRECHNUNG

Mit Einführung des neuen Winterflugplans haben an den Check-in-Schaltern eines Flughafens die Wartezeiten für die Passagiere zugenommen, weshalb die Flughafenverwaltung eine Erhebung veranlasst hat. Hierbei wurden für den Zeitraum von 16 Uhr bis 22 Uhr die kumulierte Kapazität der Check-in-Schalter sowie die kumulierten Personenankünfte am Check-in erfasst:

Stunde

Kumulierte Personenankünfte am Check-In

Kumulierte Kapazität der Check-In-Schalter

16-17

1100

800

17-18

2300

1600

18-19

3300

2400

19-20

4000

3200

20-21

4400

4000

21-22

4800

4800


(Hinweis: Bei einer Kumulation werden bspw. die neu ankommenden Passagiere zu den zuvor bereits angekommenen Passagieren addiert. So kamen zwischen 16 und 17 Uhr 1.100 Passagiere an und zwischen 17-18 Uhr 1.200 [=2.300-1.100].)

Ein geeigneter Indikator, ob weitere Schalter geöffnet werden sollten, stellt die Summe der insgesamt auftretenden Wartezeiten (Einheit: Personenstunden) dar.

Berechnen Sie die Summe der im Betrachtungszeitraum von 16 Uhr bis 22 Uhr insgesamt auftretenden Wartezeiten.

Nehmen Sie hierzu an, dass die Passagierankünfte und die Bedienung am Check-in-Schalter deterministisch (= gleiche Zeitabstände/-dauern innerhalb der jeweiligen Stunde) erfolgen.

Tipp: Machen Sie stundenweise von der Geradengleichung \(y=m*x+n\) Gebrauch. 

Wie viele Personenstunden mussten die Passagiere warten?

Bitte auswählen

31 Personenstunden

310 Personenstunden

3.100 Personenstunden

31.000 Personenstunden

310.000 Personenstunden

Da sich eine Funktion der eintreffenden Passagierzahlen im relevanten Zeitraum nicht mit hinreichender Genauigkeit aufstellen lässt, wird für jede der betrachteten Stunden eine eigene Funktion erstellt (aus Gründen der Übersichtlichkeit wird auf die Angabe der Einheiten verzichtet).

Wird die Geradengleichung \( f(x)=m*x+n\) zugrunde gelegt, dann wird den Parametern folgende Bedeutung zugewiesen:

  • \(x\): Zeit-Variable „\(t\)“ (in Stunden)
  • \(m\): Differenz zwischen den kumulierten Personenankünften am Check-in und der kumulierten Kapazität der Check-in-Schalter in der betrachteten Stunde
  • \(n\): Wartende Passagiere aus der vorangegangenen Stunde

\(f_{16-17}( t) =1100*t-800*t+0=300*t \)
\(f_{17-18}( t) =1200*t-800*t+300=400*t+300\)
\(f_{18-19}( t) =1000*t-800*t+700=200*t+700\)
\(f_{19-20}( t) =700*t-800*t+900=-100*t+900\)
\(f_{20-21}( t) =400*t-800*t+800=-400*t+900\)
\(f_{21-22}( t) =400*t-800*t+400=-400*t+400\)


Nachdem die einzelnen Funktionen aufgestellt wurden, wird nun jeweils ihr Integral (= ihre Aufleitung) gebildet:

\(f_{18-19}( t) =\int200*t+700=100t^2+700*t\)
\(f_{19-20}( t) =\int-100*t+900=-50t^2+900*t\)
\(f_{20-21}( t) =\int-400*t+800=-200t^2+800*t\)
\(f_{21-22}( t) =\int-400*t+800=-200t^2+400*t\)


Anschließend lassen sich stundenspezifisch die Wartezeiten (\(W\)) errechnen:

\(W_{16-17}=F_{16-17} (1)-F_{16-17} (0)=150*1^2-150*0^2=150\)
\(W_{17-18}=F_{17-18} (1)-F_{17-18} (0)=200*1²+300*1-(200*0^2+300*0)=500\)
\(W_{18-19}=F_{18-19} (1)-F_{18-19} (0)=100*1²+700*1-(100*0^2+700*0)=800\)
\(W_{19-20}=F_{19-20} (1)-F_{19-20} (0)=-50*1²+900*1-(-50*0^2+900*0)=850\)
\(W_{20-21}=F_{20-21} (1)-F_{20-21} (0)=-200*1²+800*1-(-200*0^2+800*0)=600\)
\(W_{21-22}=F_{21-22} (1)-F_{21-22} (0)=-200*1²+400*1-(-200*0^2+400*0)=200\)


Durch Aufsummieren resultiert die Summe aller Wartezeiten:

\(W_{gesamt}=150+500+800+850+600+200=3.100\)


Somit warten die Passagiere insgesamt 3.100 Stunden an den Check-in-Schaltern auf ihre Bedienung.