Aufgabenbeispiele von Rotationskörper

Durch Aktualisieren des Browsers (z.B. mit Taste F5) kann man neue Beispielaufgaben sehen


Rotationskörper

Beispiel:

Die Fläche unter dem Graph von f mit f(x)= e -3x soll im Intervall [0,3] um die x-Achse rotieren.
Berechne das Volumen des entstehenden Drehkörpers.

Lösung einblenden
V = π 0 3 ( e -3x ) 2 x
= π 0 3 e -3x x

= π [ - 1 3 e -3x ] 0 3

= π · ( - 1 3 e -33 + 1 3 e -30 )

= π · ( - 1 3 e -9 + 1 3 e 0 )

= π · ( - 1 3 e -9 + 1 3 )


≈ 1,047

Rotationskörper zwischen zwei Kurven

Beispiel:

Die Graphen der Funktionen f und g mit f(x)= 3 x 2 und g(x)= 3 ( x +2 ) 2 schließen eine Fläche ein. Diese Fläche rotiert im Intervall [1,4] um die x-Achse und erzeugt somit einen Drehkörper.
Berechne das Volumen dieses Drehkörpers.

Lösung einblenden
Du hast entweder einen veralteten Browser oder Javascript ausgeschaltet. Deswegen kannst du leider das Schaubild nicht sehen :(

Den so entstandenen Rotationskörper kann man sich vorstellen als Rotationskörper, der durch Rotation der Fläche unter dem Graph von f entsteht, und aus dem der Rotationskörper, der durch Rotation der Fläche unter dem Graph von g entsteht, herausgefräst wird. Dadurch ergibt sich für solch einen Rotationskörper die Formel:

V = π 1 4 ( 3 x 2 ) 2 x - π 1 4 ( 3 ( x +2 ) 2 ) 2 x

Da die beiden Integrale die gleichen Grenzen haben, kann man auch die beiden Summanden in ein Integral schreiben:

= π 1 4 ( ( 3 x 2 ) 2 - ( 3 ( x +2 ) 2 ) 2 ) x

= π 1 4 ( 9 x 4 - 9 ( x +2 ) 4 ) x

= π 1 4 ( - 9 ( x +2 ) 4 + 9 x 4 ) x
= π 1 4 ( -9 ( x +2 ) -4 +9 x -4 ) x

= π [ 3 ( x +2 ) -3 -3 x -3 ] 1 4

= π [ 3 ( x +2 ) 3 - 3 x 3 ] 1 4

= π · ( 3 ( 4 +2 ) 3 - 3 4 3 - ( 3 ( 1 +2 ) 3 - 3 1 3 ) )

= π · ( 3 6 3 -3( 1 64 ) - ( 3 3 3 -31 ) )

= π · ( 3( 1 216 ) - 3 64 - ( 3( 1 27 ) -3 ) )

= π · ( 1 72 - 3 64 - ( 1 9 -3 ) )

= π · ( 8 576 - 27 576 - ( 1 9 - 27 9 ) )

= π · ( - 19 576 -1 · ( - 26 9 ) )

= π · ( - 19 576 + 26 9 )

= π · ( - 19 576 + 1664 576 )

= π · ( - 19 576 + 26 9 )

= π · 1645 576

= 1645 576 π


≈ 8,972

Rotationskörper um andere Achse

Beispiel:

Die Fläche zwischen dem Graph von f mit f(x)= 3x +2 und der Geraden y = 2 rotiert im Intervall [0,2] um diese Gerade y = 2 (nicht um die x-Achse).
Berechne das Volumen des entstehenden Drehkörpers.

Lösung einblenden
Du hast entweder einen veralteten Browser oder Javascript ausgeschaltet. Deswegen kannst du leider das Schaubild nicht sehen :(
Du hast entweder einen veralteten Browser oder Javascript ausgeschaltet. Deswegen kannst du leider das Schaubild nicht sehen :(

Die Fläche zwischen dem Graph von f und der Geraden y = 2 (linkes Schaubild) ist die gleiche Fläche wie die zwischen der Differenzfunktion f(x)-2 = 3x +2 -2
und der x-Achse (rechtes Schaubild).

Dementsprechend ist auch der gesuchte Rotationskörper der gleiche, wie wenn man die Fläche unter der Differenzfunktion (rechtes Schaubild) um die x-Achse rotieren lassen würde. Dadurch ergibt sich für das Volumen:

V = π 0 2 ( 3x +2 -2 ) 2 x

= π 0 2 ( 3x ) 2 x
= π 0 2 9 x 2 x

= π [ 3 x 3 ] 0 2

= π · ( 3 2 3 -3 0 3 )

= π · ( 38 -30 )

= π · ( 24 +0 )

= π · 24

= 24π


≈ 75,398