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

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

= π [ - 3 2 e -2x ] 0 2

= π · ( - 3 2 e -22 + 3 2 e -20 )

= π · ( - 3 2 e -4 + 3 2 e 0 )

= π · ( - 3 2 e -4 + 3 2 )


≈ 4,626

Rotationskörper zwischen zwei Kurven

Beispiel:

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

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

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

= π 1 4 ( 9 x 2 - 9 ( 3x +3 ) 2 ) x

= π 1 4 ( - 9 ( 3x +3 ) 2 + 9 x 2 ) x
= π 1 4 ( -9 ( 3x +3 ) -2 +9 x -2 ) x

= π [ 3 ( 3x +3 ) -1 -9 x -1 ] 1 4

= π [ 3 3x +3 - 9 x ] 1 4

= π · ( 3 34 +3 - 9 4 - ( 3 31 +3 - 9 1 ) )

= π · ( 3 12 +3 -9( 1 4 ) - ( 3 3 +3 -91 ) )

= π · ( 3 15 - 9 4 - ( 3 6 -9 ) )

= π · ( 3( 1 15 ) - 9 4 - ( 3( 1 6 ) -9 ) )

= π · ( 1 5 - 9 4 - ( 1 2 -9 ) )

= π · ( 4 20 - 45 20 - ( 1 2 - 18 2 ) )

= π · ( - 41 20 -1 · ( - 17 2 ) )

= π · ( - 41 20 + 17 2 )

= π · 129 20

= 129 20 π


≈ 20,263

Rotationskörper um andere Achse

Beispiel:

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

= π 0 1 ( x ) 2 x
= π 0 1 x 2 x

= π [ 1 3 x 3 ] 0 1

= π · ( 1 3 1 3 - 1 3 0 3 )

= π · ( 1 3 1 - 1 3 0 )

= π · ( 1 3 +0 )

= π · ( 1 3 +0 )

= π · 1 3

= 1 3 π


≈ 1,047