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 +3x +1 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 +3x +1 ) 2 x
= π 0 3 ( 5 x 3 +3x +1 ) x

= π [ 5 4 x 4 + 3 2 x 2 + x ] 0 3

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

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

= π · ( 405 4 + 27 2 +3 - (0+0+0) )

= π · ( 405 4 + 54 4 + 12 4 +0 )

= π · ( 471 4 )

= 471 4 π


≈ 369,923

Rotationskörper zwischen zwei Kurven

Beispiel:

Die Graphen der Funktionen f und g mit f(x)= 12 x 2 und g(x)= 12 ( 2x +4 ) 2 schließen eine Fläche ein. Diese Fläche rotiert im Intervall [1,3] 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 3 ( 12 x 2 ) 2 x - π 1 3 ( 12 ( 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 3 ( ( 12 x 2 ) 2 - ( 12 ( 2x +4 ) 2 ) 2 ) x

= π 1 3 ( 144 x 4 - 144 ( 2x +4 ) 4 ) x

= π 1 3 ( - 144 ( 2x +4 ) 4 + 144 x 4 ) x
= π 1 3 ( -144 ( 2x +4 ) -4 +144 x -4 ) x

= π [ 24 ( 2x +4 ) -3 -48 x -3 ] 1 3

= π [ 24 ( 2x +4 ) 3 - 48 x 3 ] 1 3

= π · ( 24 ( 23 +4 ) 3 - 48 3 3 - ( 24 ( 21 +4 ) 3 - 48 1 3 ) )

= π · ( 24 ( 6 +4 ) 3 -48( 1 27 ) - ( 24 ( 2 +4 ) 3 -481 ) )

= π · ( 24 10 3 - 16 9 - ( 24 6 3 -48 ) )

= π · ( 24( 1 1000 ) - 16 9 - ( 24( 1 216 ) -48 ) )

= π · ( 3 125 - 16 9 - ( 1 9 -48 ) )

= π · ( 27 1125 - 2000 1125 - ( 1 9 - 432 9 ) )

= π · ( - 1973 1125 -1 · ( - 431 9 ) )

= π · ( - 1973 1125 + 431 9 )

= π · 51902 1125

= 51902 1125 π


≈ 144,938

Rotationskörper um andere Achse

Beispiel:

Die Fläche zwischen dem Graph von f mit f(x)= 3x +2 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.

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

= π 0 2 ( 3x +1 ) 2 x

= π [ 1 9 ( 3x +1 ) 3 ] 0 2

= π · ( 1 9 ( 32 +1 ) 3 - 1 9 ( 30 +1 ) 3 )

= π · ( 1 9 ( 6 +1 ) 3 - 1 9 ( 0 +1 ) 3 )

= π · ( 1 9 7 3 - 1 9 1 3 )

= π · ( 1 9 343 - 1 9 1 )

= π · ( 343 9 - 1 9 )

= π · 38

= 38π


≈ 119,381