Ingenieurwissenschaftliche Grundlagen
– Mathematik
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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 \(y=m*x+n\)
Wie viele Personenstunden mussten die Passagiere warten?
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
\(f_{17-18}( t) =1200*t-800*t+300=400*t+300\)
\(f_{18-19}( t) =1000*t-800*t+700=200*t+700\)
\(f_{19-20}( t) =700*t-800*t+900=-100*t+900\)
\(f_{20-21}( t) =400*t-800*t+800=-400*t+900\)
\(f_{21-22}( t) =400*t-800*t+400=-400*t+400\)
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.