Aufgabenbeispiele von Rotationskörper

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Rotationskörper

Beispiel:

Die Fläche unter dem Graph von f mit f(x)= 4 3x +2 soll im Intervall [0,1] um die x-Achse rotieren.
Berechne das Volumen des entstehenden Drehkörpers.

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V = π 0 1 ( 4 3x +2 ) 2 x
= π 0 1 16 ( 3x +2 ) 2 x
= π 0 1 16 ( 3x +2 ) -2 x

= π [ - 16 3 ( 3x +2 ) -1 ] 0 1

= π [ - 16 3( 3x +2 ) ] 0 1

= π · ( - 16 3( 31 +2 ) + 16 3( 30 +2 ) )

= π · ( - 16 3( 3 +2 ) + 16 3( 0 +2 ) )

= π · ( - 16 3 5 + 16 3 2 )

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

= π · ( - 16 15 + 8 3 )

= π · ( - 16 15 + 40 15 )

= π · 8 5

= 8 5 π


≈ 5,027

Rotationskörper zwischen zwei Kurven

Beispiel:

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

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

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

= π 1 2 ( 9 x 2 - 9 ( x +1 ) 2 ) x

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

= π [ 9 ( x +1 ) -1 -9 x -1 ] 1 2

= π [ 9 x +1 - 9 x ] 1 2

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

= π · ( 9 3 -9( 1 2 ) - ( 9 2 -91 ) )

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

= π · ( 3 - 9 2 - ( 9 2 -9 ) )

= π · ( 6 2 - 9 2 - ( 9 2 - 18 2 ) )

= π · ( - 3 2 -1 · ( - 9 2 ) )

= π · ( - 3 2 + 9 2 )

= π · 3

= 3π


≈ 9,425

Rotationskörper um andere Achse

Beispiel:

Die Fläche zwischen dem Graph von f mit f(x)= e 0,5x und der Geraden y = 1 rotiert im Intervall [0,2] um diese Gerade y = 1 (nicht um die x-Achse).
Berechne das Volumen des entstehenden Drehkörpers.

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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 = e 0,5x -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 2 ( e 0,5x -1 ) 2 x

= π 0 2 ( e x -2 e 0,5x +1 ) x

= π [ e x -4 e 0,5x + x ] 0 2

= π · ( e 2 -4 e 0,52 +2 - ( e 0 -4 e 0,50 +0) )

= π · ( e 2 -4e +2 - ( 1 -4 e 0 +0) )

= π · ( e 2 -4e +2 - ( 1 -4 +0) )

= π · ( e 2 +2 -4e -1 · ( -3 ) )

= π · ( e 2 +2 -4e +3 )

= π · ( e 2 +5 -4e )


≈ 4,762