Aufgabenbeispiele von Rotationskörper

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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.

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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)= 2 x und g(x)= 2 3x +3 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 ( 2 x ) 2 x - π 1 2 ( 2 3x +3 ) 2 x

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

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

= π 1 2 ( 4 x 2 - 4 ( 3x +3 ) 2 ) x

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

= π [ 4 3 ( 3x +3 ) -1 -4 x -1 ] 1 2

= π [ 4 3( 3x +3 ) - 4 x ] 1 2

= π · ( 4 3( 32 +3 ) - 4 2 - ( 4 3( 31 +3 ) - 4 1 ) )

= π · ( 4 3( 6 +3 ) -4( 1 2 ) - ( 4 3( 3 +3 ) -41 ) )

= π · ( 4 3 9 -2 - ( 4 3 6 -4 ) )

= π · ( 4 3 ( 1 9 ) -2 - ( 4 3 ( 1 6 ) -4 ) )

= π · ( 4 27 -2 - ( 2 9 -4 ) )

= π · ( 4 27 - 54 27 - ( 2 9 - 36 9 ) )

= π · ( - 50 27 -1 · ( - 34 9 ) )

= π · ( - 50 27 + 34 9 )

= π · 52 27

= 52 27 π


≈ 6,05

Rotationskörper um andere Achse

Beispiel:

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