Aufgabenbeispiele von Rotationskörper

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Rotationskörper

Beispiel:

Die Fläche unter dem Graph von f mit f(x)= 2 e -3x soll im Intervall [0,1] um die x-Achse rotieren.
Berechne das Volumen des entstehenden Drehkörpers.

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V = π 0 1 ( 2 e -3x ) 2 x
= π 0 1 4 e -6x x

= π [ - 2 3 e -6x ] 0 1

= π · ( - 2 3 e -61 + 2 3 e -60 )

= π · ( - 2 3 e -6 + 2 3 e 0 )

= π · ( - 2 3 e -6 + 2 3 )


≈ 2,089

Rotationskörper zwischen zwei Kurven

Beispiel:

Die Graphen der Funktionen f und g mit f(x)= 18 x 2 und g(x)= 18 ( 3x +3 ) 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.

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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 ( 18 x 2 ) 2 x - π 1 4 ( 18 ( 3x +3 ) 2 ) 2 x

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

= π 1 4 ( ( 18 x 2 ) 2 - ( 18 ( 3x +3 ) 2 ) 2 ) x

= π 1 4 ( 324 x 4 - 324 ( 3x +3 ) 4 ) x

= π 1 4 ( - 324 ( 3x +3 ) 4 + 324 x 4 ) x
= π 1 4 ( -324 ( 3x +3 ) -4 +324 x -4 ) x

= π [ 36 ( 3x +3 ) -3 -108 x -3 ] 1 4

= π [ 36 ( 3x +3 ) 3 - 108 x 3 ] 1 4

= π · ( 36 ( 34 +3 ) 3 - 108 4 3 - ( 36 ( 31 +3 ) 3 - 108 1 3 ) )

= π · ( 36 ( 12 +3 ) 3 -108( 1 64 ) - ( 36 ( 3 +3 ) 3 -1081 ) )

= π · ( 36 15 3 - 27 16 - ( 36 6 3 -108 ) )

= π · ( 36( 1 3375 ) - 27 16 - ( 36( 1 216 ) -108 ) )

= π · ( 4 375 - 27 16 - ( 1 6 -108 ) )

= π · ( 64 6000 - 10125 6000 - ( 1 6 - 648 6 ) )

= π · ( - 10061 6000 -1 · ( - 647 6 ) )

= π · ( - 10061 6000 + 647 6 )

= π · 212313 2000

= 212313 2000 π


≈ 333,5

Rotationskörper um andere Achse

Beispiel:

Die Fläche zwischen dem Graph von f mit f(x)= 3x +3 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.

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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 +3 -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 +3 -2 ) 2 x

= π 0 2 ( 3x +1 ) 2 x

= π [ 1 9 ( 3x +1 ) 3 ] 0 2

= π · ( 1 9 ( 32 +1 ) 3 - 1 9 ( 30 +1 ) 3 )

= π · ( 1 9 ( 6 +1 ) 3 - 1 9 ( 0 +1 ) 3 )

= π · ( 1 9 7 3 - 1 9 1 3 )

= π · ( 1 9 343 - 1 9 1 )

= π · ( 343 9 - 1 9 )

= π · 38

= 38π


≈ 119,381