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 [1,2] um die x-Achse rotieren.
Berechne das Volumen des entstehenden Drehkörpers.

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

= π [ - 2 3 e -6x ] 1 2

= π · ( - 2 3 e -62 + 2 3 e -61 )

= π · ( - 2 3 e -12 + 2 3 e -6 )

= π · ( 2 3 e -6 - 2 3 e -12 )


≈ 0,005

Rotationskörper zwischen zwei Kurven

Beispiel:

Die Graphen der Funktionen f und g mit f(x)= 8 x 2 und g(x)= 8 ( 3x +1 ) 2 schließen eine Fläche ein. Diese Fläche rotiert im Intervall [1,2] 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 2 ( 8 x 2 ) 2 x - π 1 2 ( 8 ( 3x +1 ) 2 ) 2 x

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

= π 1 2 ( ( 8 x 2 ) 2 - ( 8 ( 3x +1 ) 2 ) 2 ) x

= π 1 2 ( 64 x 4 - 64 ( 3x +1 ) 4 ) x

= π 1 2 ( - 64 ( 3x +1 ) 4 + 64 x 4 ) x
= π 1 2 ( -64 ( 3x +1 ) -4 +64 x -4 ) x

= π [ 64 9 ( 3x +1 ) -3 - 64 3 x -3 ] 1 2

= π [ 64 9 ( 3x +1 ) 3 - 64 3 x 3 ] 1 2

= π · ( 64 9 ( 32 +1 ) 3 - 64 3 2 3 - ( 64 9 ( 31 +1 ) 3 - 64 3 1 3 ) )

= π · ( 64 9 ( 6 +1 ) 3 - 64 3 ( 1 8 ) - ( 64 9 ( 3 +1 ) 3 - 64 3 1 ) )

= π · ( 64 9 7 3 - 8 3 - ( 64 9 4 3 - 64 3 ) )

= π · ( 64 9 ( 1 343 ) - 8 3 - ( 64 9 ( 1 64 ) - 64 3 ) )

= π · ( 64 3087 - 8 3 - ( 1 9 - 64 3 ) )

= π · ( 64 3087 - 8232 3087 - ( 1 9 - 192 9 ) )

= π · ( - 8168 3087 -1 · ( - 191 9 ) )

= π · ( - 8168 3087 + 191 9 )

= π · 19115 1029

= 19115 1029 π


≈ 58,359

Rotationskörper um andere Achse

Beispiel:

Die Fläche zwischen dem Graph von f mit f(x)= 3x +3 und der Geraden y = 3 rotiert im Intervall [0,3] um diese Gerade y = 3 (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 = 3 (linkes Schaubild) ist die gleiche Fläche wie die zwischen der Differenzfunktion f(x)-3 = 3x +3 -3
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 3 ( 3x +3 -3 ) 2 x

= π 0 3 ( 3x ) 2 x
= π 0 3 9 x 2 x

= π [ 3 x 3 ] 0 3

= π · ( 3 3 3 -3 0 3 )

= π · ( 327 -30 )

= π · ( 81 +0 )

= π · 81

= 81π


≈ 254,469