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)= 5 x 3 +2 x 2 +5x soll im Intervall [0,3] um die x-Achse rotieren.
Berechne das Volumen des entstehenden Drehkörpers.

Lösung einblenden
V = π 0 3 ( 5 x 3 +2 x 2 +5x ) 2 x
= π 0 3 ( 5 x 3 +2 x 2 +5x ) x

= π [ 5 4 x 4 + 2 3 x 3 + 5 2 x 2 ] 0 3

= π · ( 5 4 3 4 + 2 3 3 3 + 5 2 3 2 - ( 5 4 0 4 + 2 3 0 3 + 5 2 0 2 ) )

= π · ( 5 4 81 + 2 3 27 + 5 2 9 - ( 5 4 0 + 2 3 0 + 5 2 0 ) )

= π · ( 405 4 +18 + 45 2 - (0+0+0) )

= π · ( 405 4 + 72 4 + 90 4 +0 )

= π · ( 567 4 )

= 567 4 π


≈ 445,321

Rotationskörper zwischen zwei Kurven

Beispiel:

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

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

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

= π 1 4 ( 4 x 2 - 4 ( 2x +3 ) 2 ) x

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

= π [ 2 ( 2x +3 ) -1 -4 x -1 ] 1 4

= π [ 2 2x +3 - 4 x ] 1 4

= π · ( 2 24 +3 - 4 4 - ( 2 21 +3 - 4 1 ) )

= π · ( 2 8 +3 -4( 1 4 ) - ( 2 2 +3 -41 ) )

= π · ( 2 11 -1 - ( 2 5 -4 ) )

= π · ( 2( 1 11 ) -1 - ( 2( 1 5 ) -4 ) )

= π · ( 2 11 -1 - ( 2 5 -4 ) )

= π · ( 2 11 - 11 11 - ( 2 5 - 20 5 ) )

= π · ( - 9 11 -1 · ( - 18 5 ) )

= π · ( - 9 11 + 18 5 )

= π · 153 55

= 153 55 π


≈ 8,739

Rotationskörper um andere Achse

Beispiel:

Die Fläche zwischen dem Graph von f mit f(x)= 2 ( 2x +4 ) 2 +2 ( 2x +4 ) 2 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 = 2 ( 2x +4 ) 2 +2 ( 2x +4 ) 2 -2 = 2 ( 2x +4 ) 2 +2 ( 2x +4 ) 2 - 2 ( 2x +4 ) 2 ( 2x +4 ) 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 1 ( 2 ( 2x +4 ) 2 +2 ( 2x +4 ) 2 - 2 ( 2x +4 ) 2 ( 2x +4 ) 2 ) 2 x

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

= π 0 1 ( 2 ( 2x +4 ) 2 ) 2 x

= π 0 1 2 2 · 1 ( 2x +4 ) 4 x

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

= π [ - 2 3 ( 2x +4 ) -3 ] 0 1

= π [ - 2 3 ( 2x +4 ) 3 ] 0 1

= π · ( - 2 3 ( 21 +4 ) 3 + 2 3 ( 20 +4 ) 3 )

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

= π · ( - 2 3 6 3 + 2 3 4 3 )

= π · ( - 2 3 ( 1 216 ) + 2 3 ( 1 64 ) )

= π · ( - 1 324 + 1 96 )

= π · ( - 8 2592 + 27 2592 )

= π · 19 2592

= 19 2592 π


≈ 0,023