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)= 3 e -x soll im Intervall [-1,1] um die x-Achse rotieren.
Berechne das Volumen des entstehenden Drehkörpers.

Lösung einblenden
V = π -1 1 ( 3 e -x ) 2 x
= π -1 1 9 e -2x x

= π [ - 9 2 e -2x ] -1 1

= π · ( - 9 2 e -21 + 9 2 e -2( -1 ) )

= π · ( - 9 2 e -2 + 9 2 e 2 )

= π · ( 9 2 e 2 - 9 2 e -2 )


≈ 102,547

Rotationskörper zwischen zwei Kurven

Beispiel:

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

= π 1 4 ( 16 x 4 - 16 ( x +1 ) 4 ) x

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

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

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

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

= π · ( 16 3 5 3 - 16 3 ( 1 64 ) - ( 16 3 2 3 - 16 3 1 ) )

= π · ( 16 3 ( 1 125 ) - 1 12 - ( 16 3 ( 1 8 ) - 16 3 ) )

= π · ( 16 375 - 1 12 - ( 2 3 - 16 3 ) )

= π · ( 64 1500 - 125 1500 -1 · ( - 14 3 ) )

= π · ( - 61 1500 + 14 3 )

= π · ( - 61 1500 + 7000 1500 )

= π · 2313 500

= 2313 500 π


≈ 14,533

Rotationskörper um andere Achse

Beispiel:

Die Fläche zwischen dem Graph von f mit f(x)= 2x +5 2x +3 und der Geraden y = 1 rotiert im Intervall [0,3] 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 = 2x +5 2x +3 -1 = 2x +5 2x +3 - 2x +3 2x +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 ( 2x +5 2x +3 - 2x +3 2x +3 ) 2 x

= π 0 3 ( 2x +5 -2x -3 2x +3 ) 2 x

= π 0 3 ( 2 2x +3 ) 2 x

= π 0 3 2 2 · 1 ( 2x +3 ) 2 x

= π 0 3 4 ( 2x +3 ) 2 x
= π 0 3 4 ( 2x +3 ) -2 x

= π [ -2 ( 2x +3 ) -1 ] 0 3

= π [ - 2 2x +3 ] 0 3

= π · ( - 2 23 +3 + 2 20 +3 )

= π · ( - 2 6 +3 + 2 0 +3 )

= π · ( - 2 9 + 2 3 )

= π · ( -2( 1 9 ) +2( 1 3 ) )

= π · ( - 2 9 + 2 3 )

= π · ( - 2 9 + 6 9 )

= π · 4 9

= 4 9 π


≈ 1,396