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 -x soll im Intervall [0,3] um die x-Achse rotieren.
Berechne das Volumen des entstehenden Drehkörpers.

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

= π [ - 1 2 e -2x ] 0 3

= π · ( - 1 2 e -23 + 1 2 e -20 )

= π · ( - 1 2 e -6 + 1 2 e 0 )

= π · ( - 1 2 e -6 + 1 2 )


≈ 1,567

Rotationskörper zwischen zwei Kurven

Beispiel:

Die Graphen der Funktionen f und g mit f(x)= 4 x und g(x)= 4 2x +4 schließen eine Fläche ein. Diese Fläche rotiert im Intervall [1,3] 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 3 ( 4 x ) 2 x - π 1 3 ( 4 2x +4 ) 2 x

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

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

= π 1 3 ( 16 x 2 - 16 ( 2x +4 ) 2 ) x

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

= π [ 8 ( 2x +4 ) -1 -16 x -1 ] 1 3

= π [ 8 2x +4 - 16 x ] 1 3

= π · ( 8 23 +4 - 16 3 - ( 8 21 +4 - 16 1 ) )

= π · ( 8 6 +4 -16( 1 3 ) - ( 8 2 +4 -161 ) )

= π · ( 8 10 - 16 3 - ( 8 6 -16 ) )

= π · ( 8( 1 10 ) - 16 3 - ( 8( 1 6 ) -16 ) )

= π · ( 4 5 - 16 3 - ( 4 3 -16 ) )

= π · ( 12 15 - 80 15 - ( 4 3 - 48 3 ) )

= π · ( - 68 15 -1 · ( - 44 3 ) )

= π · ( - 68 15 + 44 3 )

= π · 152 15

= 152 15 π


≈ 31,835

Rotationskörper um andere Achse

Beispiel:

Die Fläche zwischen dem Graph von f mit f(x)= 3x +1 und der Geraden y = 1 rotiert im Intervall [0,1] um diese Gerade y = 1 (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 = 1 (linkes Schaubild) ist die gleiche Fläche wie die zwischen der Differenzfunktion f(x)-1 = 3x +1 -1
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 ( 3x +1 -1 ) 2 x

= π 0 1 ( 3x ) 2 x
= π 0 1 9 x 2 x

= π [ 3 x 3 ] 0 1

= π · ( 3 1 3 -3 0 3 )

= π · ( 31 -30 )

= π · ( 3 +0 )

= π · 3

= 3π


≈ 9,425