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)= 30 ( 2x +3 ) 2 soll im Intervall [0,1] um die x-Achse rotieren.
Berechne das Volumen des entstehenden Drehkörpers.

Lösung einblenden
V = π 0 1 ( 30 ( 2x +3 ) 2 ) 2 x
= π 0 1 900 ( 2x +3 ) 4 x
= π 0 1 900 ( 2x +3 ) -4 x

= π [ -150 ( 2x +3 ) -3 ] 0 1

= π [ - 150 ( 2x +3 ) 3 ] 0 1

= π · ( - 150 ( 21 +3 ) 3 + 150 ( 20 +3 ) 3 )

= π · ( - 150 ( 2 +3 ) 3 + 150 ( 0 +3 ) 3 )

= π · ( - 150 5 3 + 150 3 3 )

= π · ( -150( 1 125 ) +150( 1 27 ) )

= π · ( - 6 5 + 50 9 )

= π · ( - 54 45 + 250 45 )

= π · 196 45

= 196 45 π


≈ 13,683

Rotationskörper zwischen zwei Kurven

Beispiel:

Die Graphen der Funktionen f und g mit f(x)= 6 x 2 und g(x)= 6 ( 2x +4 ) 2 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.

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 2 ( 6 x 2 ) 2 x - π 1 2 ( 6 ( 2x +4 ) 2 ) 2 x

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

= π 1 2 ( ( 6 x 2 ) 2 - ( 6 ( 2x +4 ) 2 ) 2 ) x

= π 1 2 ( 36 x 4 - 36 ( 2x +4 ) 4 ) x

= π 1 2 ( - 36 ( 2x +4 ) 4 + 36 x 4 ) x
= π 1 2 ( -36 ( 2x +4 ) -4 +36 x -4 ) x

= π [ 6 ( 2x +4 ) -3 -12 x -3 ] 1 2

= π [ 6 ( 2x +4 ) 3 - 12 x 3 ] 1 2

= π · ( 6 ( 22 +4 ) 3 - 12 2 3 - ( 6 ( 21 +4 ) 3 - 12 1 3 ) )

= π · ( 6 ( 4 +4 ) 3 -12( 1 8 ) - ( 6 ( 2 +4 ) 3 -121 ) )

= π · ( 6 8 3 - 3 2 - ( 6 6 3 -12 ) )

= π · ( 6( 1 512 ) - 3 2 - ( 6( 1 216 ) -12 ) )

= π · ( 3 256 - 3 2 - ( 1 36 -12 ) )

= π · ( 3 256 - 384 256 - ( 1 36 - 432 36 ) )

= π · ( - 381 256 -1 · ( - 431 36 ) )

= π · ( - 381 256 + 431 36 )

= π · 24155 2304

= 24155 2304 π


≈ 32,936

Rotationskörper um andere Achse

Beispiel:

Die Fläche zwischen dem Graph von f mit f(x)= 3x +13 x +3 und der Geraden y = 3 rotiert im Intervall [0,3] um diese Gerade y = 3 (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 = 3 (linkes Schaubild) ist die gleiche Fläche wie die zwischen der Differenzfunktion f(x)-3 = 3x +13 x +3 -3 = 3x +13 x +3 - 3( x +3 ) x +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 ( 3x +13 x +3 - 3( x +3 ) x +3 ) 2 x

= π 0 3 ( 3x +13 -3x -9 x +3 ) 2 x

= π 0 3 ( 4 x +3 ) 2 x

= π 0 3 4 2 · 1 ( x +3 ) 2 x

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

= π [ -16 ( x +3 ) -1 ] 0 3

= π [ - 16 x +3 ] 0 3

= π · ( - 16 3 +3 + 16 0 +3 )

= π · ( - 16 6 + 16 3 )

= π · ( -16( 1 6 ) +16( 1 3 ) )

= π · ( - 8 3 + 16 3 )

= π · 8 3

= 8 3 π


≈ 8,378