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)= 32 ( 2x +2 ) 2 soll im Intervall [0,3] um die x-Achse rotieren.
Berechne das Volumen des entstehenden Drehkörpers.

Lösung einblenden
V = π 0 3 ( 32 ( 2x +2 ) 2 ) 2 x
= π 0 3 1024 ( 2x +2 ) 4 x
= π 0 3 1024 ( 2x +2 ) -4 x

= π [ - 512 3 ( 2x +2 ) -3 ] 0 3

= π [ - 512 3 ( 2x +2 ) 3 ] 0 3

= π · ( - 512 3 ( 23 +2 ) 3 + 512 3 ( 20 +2 ) 3 )

= π · ( - 512 3 ( 6 +2 ) 3 + 512 3 ( 0 +2 ) 3 )

= π · ( - 512 3 8 3 + 512 3 2 3 )

= π · ( - 512 3 ( 1 512 ) + 512 3 ( 1 8 ) )

= π · ( - 1 3 + 64 3 )

= π · 21

= 21π


≈ 65,973

Rotationskörper zwischen zwei Kurven

Beispiel:

Die Graphen der Funktionen f und g mit f(x)= 4 x und g(x)= 4 3x +1 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 ( 4 x ) 2 x - π 1 4 ( 4 3x +1 ) 2 x

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

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

= π 1 4 ( 16 x 2 - 16 ( 3x +1 ) 2 ) x

= π 1 4 ( - 16 ( 3x +1 ) 2 + 16 x 2 ) x
= π 1 4 ( -16 ( 3x +1 ) -2 +16 x -2 ) x

= π [ 16 3 ( 3x +1 ) -1 -16 x -1 ] 1 4

= π [ 16 3( 3x +1 ) - 16 x ] 1 4

= π · ( 16 3( 34 +1 ) - 16 4 - ( 16 3( 31 +1 ) - 16 1 ) )

= π · ( 16 3( 12 +1 ) -16( 1 4 ) - ( 16 3( 3 +1 ) -161 ) )

= π · ( 16 3 13 -4 - ( 16 3 4 -16 ) )

= π · ( 16 3 ( 1 13 ) -4 - ( 16 3 ( 1 4 ) -16 ) )

= π · ( 16 39 -4 - ( 4 3 -16 ) )

= π · ( 16 39 - 156 39 - ( 4 3 - 48 3 ) )

= π · ( - 140 39 -1 · ( - 44 3 ) )

= π · ( - 140 39 + 44 3 )

= π · 144 13

= 144 13 π


≈ 34,799

Rotationskörper um andere Achse

Beispiel:

Die Fläche zwischen dem Graph von f mit f(x)= 2x +12 x +4 und der Geraden y = 2 rotiert im Intervall [0,1] 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 = 2x +12 x +4 -2 = 2x +12 x +4 - 2( x +4 ) x +4
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 1 ( 2x +12 x +4 - 2( x +4 ) x +4 ) 2 x

= π 0 1 ( 2x +12 -2x -8 x +4 ) 2 x

= π 0 1 ( 4 x +4 ) 2 x

= π 0 1 4 2 · 1 ( x +4 ) 2 x

= π 0 1 16 ( x +4 ) 2 x
= π 0 1 16 ( x +4 ) -2 x

= π [ -16 ( x +4 ) -1 ] 0 1

= π [ - 16 x +4 ] 0 1

= π · ( - 16 1 +4 + 16 0 +4 )

= π · ( - 16 5 + 16 4 )

= π · ( -16( 1 5 ) +16( 1 4 ) )

= π · ( - 16 5 +4 )

= π · ( - 16 5 + 20 5 )

= π · 4 5

= 4 5 π


≈ 2,513